Simetría de gauge
La Gravedad es una teoría gauge (teoría de medida) porque las predicciones que se pueden hacer de ella son las mismas si se las toma desde diferentes perspectivas. Por ejemplo, una pelota en la cima de una escalera tiene una energía gravitacional potencial. Si se la coloca un escalón más abajo, la pérdida de energía depende solamente de la densidad del campo gravitacional y de la altura que ha descendido. Si se mide su energía gravitacional potencial desde cualquier punto (la superficie de la tierra, otro escalón, Alpha Centauri...) las diferencias de energía entre los dos ubicaciones de la pelota 'se mantienen iguales'. Esta invariante global en el procedimiento de medición hace de la gravedad una teoría gauge (teoría de medida).
Problema de los dos cuerpos en la relatividad general
Alrededor de 1904-1905, los trabajos de Hendrik Antoon Lorentz, Henri Poincaré y finalmente Albert Einstein con su teoría de la relatividad especial, excluyen la posibilidad de propagación de cualquier efecto más rápido que la velocidad de la luz. De ahí se dedujo que la ley de la gravitación de Newton tendría que ser reemplazada por otra ley, compatible con el principio de la relatividad, mientras que se siguieron aceptando los principios newtonianos para aquellas circunstancias en las que los efectos relativistas son insignificantes. Tales intentos fueron realizados por Henri Poincaré (1905), Hermann Minkowski (1907) y Arnold Sommerfeld (1910). En 1907 Einstein llegó a la conclusión de que para lograr esto era necesario un sucesor de la relatividad especial. De 1907 a 1915, trabajó en una nueva teoría, utilizando su principio de equivalencia como concepto clave para guiar su camino. De acuerdo con este principio, un campo gravitatorio uniforme actúa por igual sobre todo lo que está dentro de él y, por lo tanto, no puede ser detectado por un observador que cae libremente. Por el contrario, todos los efectos gravitatorios locales deben ser reproducibles en un marco de referencia de aceleración lineal, y viceversa. Por lo tanto, la gravedad actúa como una fuerza ficticia como la fuerza centrífuga o el efecto Coriolis, que resultan de permanecer en un marco de referencia acelerado; todas las fuerzas ficticias son proporcionales a la masa inercial, al igual que la gravedad. Para efectuar la reconciliación de la gravedad y la teoría de la relatividad especial e incorporar el principio de equivalencia, algo tenía que ser sacrificado; ese algo era la suposición clásica de larga historia de que el espacio obedece a las leyes de la geometría euclidiana, por ejemplo, que el teorema de Pitágoras es verdadero experimentalmente. Einstein usó una geometría más general, pseudo-riemanniana, para permitir la curvatura de espacio y tiempo que era necesaria para la reconciliación; después de ocho años de trabajo (1907-1915), logró descubrir la forma precisa en que el espacio-tiempo debe curvarse para reproducir las leyes físicas observadas en la naturaleza, particularmente la gravitación. La gravedad es distinta de las fuerzas ficticias como la fuerza centrífuga y la fuerza de coriolis en el sentido de que la curvatura del espacio-tiempo se considera físicamente real, mientras que las fuerzas ficticias no se consideran a estos efectos como fuerzas reales. Las primeras soluciones de sus ecuaciones de campo explicaron la precesión anómala de Mercurio y predijeron un inusual curvado de la luz, que se confirmó "después" de la publicación de su teoría. Estas soluciones se explican a continuación.