20世紀初頭にアルベルト・アインシュタインによって提唱された相対性理論は、私たちの宇宙観を根底から覆しました。特殊相対性理論は、時間と空間が絶対的なものではなく、観測者の運動状態によって相対的に変化することを明らかにしました。そして、一般相対性理論は、重力を質量による時空の歪みとして捉え、宇宙全体の構造や進化を記述する強力な理論的枠組みを提供しました。本記事では、アインシュタインの相対性理論が宇宙論にどのような革命をもたらし、現代の宇宙論研究にどのように活かされているのかを徹底的に解説します。

一般相対性理論は、ニュートンの万有引力の法則をより普遍的な形で拡張したものであり、重力場の方程式によって記述されます。この方程式を宇宙全体に適用することで、宇宙の膨張や収縮といったダイナミックな現象を理論的に説明することが可能になりました。ビッグバン宇宙論は、一般相対性理論を基礎として構築された、宇宙の始まりから現在までの進化を記述する標準的なモデルです。

相対性理論は、ブラックホールや重力波といった、それまで想像もされていなかった現象の存在を予言しました。近年、重力波望遠鏡による重力波の直接検出は、一般相対性理論の正しさを改めて証明する画期的な成果となりました。また、ブラックホールの観測も進み、その特異な性質が明らかになりつつあります。

アインシュタインの相対性理論は、現代の宇宙論研究においても、宇宙の大規模構造の形成、銀河や星の進化、そして宇宙の未来を理解するための不可欠なツールとなっています。しかし、相対性理論は、量子力学とは原理的に両立しないという課題も抱えており、より фундаментальная な理論の構築が求められています。