النسبية العامة

النسبية
العامة


نظرية
النسبية العامّة هي نظرية نشرها ألبرت أينشتاين في عام 1915. وهي تمثل الوصف
الحالي للجاذبية في الفيزياء الحديثة. كما أنها تعميم للنظرية النسبية الخاصة حيث
توحد بين النسبية الخاصة وقانون نيوتن للجاذبية، وتصف الجاذبية كخاصة لهندسة
المكان والزمان، أو ما يعرف بالزمكان.


 


وأضافت
النظرية النسبية العامة فكرة تقعر الفراغ بوجود المادة، وهو الأمر الذي يعني أن
الخطوط المستقيمة تتشوه بوجود الكتلة، وأثبتت النظرية النسبية العامة عندما تحقق
تنبؤ أينشتاين بالتباعد الظاهري لنجمين في فترة كسوف الشمس وذلك يعود إلى تشوه
مسار الضوء القادم من النجمين بسبب مرورهما قرب الشمس ذات الكتلة العالية نسبيا
وبالتالي تقوس خط سير الضوء القادم من النجمين.


 


مبدأ
التكافؤ في النسبية العامة


 


نميز في
الفيزياء بين مراجع عطالية (جمل مرجعية عطالية inertial reference systems) ومراجع غير عطالية non-inertial، حيث يمكن لأي جسم أن يحافظ على حركته
المنتظمة في الجمل العطالية ما لم يخضع لقوة ما أو يتأثر بجسم آخر ضمن نفس الجملة،
في حين تكتسب الأجسام في الجمل غير العطالية تسارعا ناجما عن حركة الجملة نفسها
وتسارعها وليس نتيجة تأثير جسم داخلي ضمن الجملة. تتم تفسير مقاومة هذا التسارع
بقوى افتراضية ندعوها قوى العطالة inertial
forces في حالة
الحركة المتقيمة للجمل المرجعية أو قوى العطالة النابذة في حالة الحركة الدورانية rotational movement للجمل المرجعية. هذه القوى تعتبر قوى افتراضية غير فيزيائية في
الميكانيك الكلاسيكي النيوتني لكن في النسبية العامة ليس هناك مجالا لمثل هذا
التمييز حسب مبدأ التكافؤ (اقرأ تجربة المصعدين الفكرية في صفحة مبدأ التكافؤ).


 


وليس هناك
من قوة ثقالية ضمن الاطار المرجعي في حالة السقوط الحر (الحركة المتسارعة) عدا
القوى المدية للثقالة التي تشوه الأجسام دون التأثير على حركتها وسرعتها (دون
تسارع). وحتى محاولات الكشف عن الأموج الثقالية تعتمد على هذه القوى المدية(tidal forces).


 


و قد استند
اينشتاين في الواقع على حقيقة معروفة منذ غاليليو ألا وهي تماثل الكتلتين الثقالية
والعطالية للأجسام، مما يؤكد ان التسارع الحركي والثقالة(gravity)هي
مظاهر لأمر واحد. ويفترض أنه لا وجود لأي تجربة يمكن ان تميز بين حقل ثقالي-جاذبية-و
تسارع منتظم. وسرعان ما وسع اينشتاين مبدأ التكافؤ في نظريته ليشمل مفهوما اضافيا
هو استحالة تحديد حالة الحركة لجملة مرجعية غير متسارعة عن طريق أي قياس فيزيائي. وعلى
هذا فلا يمكن ايجاد أي تغير في الثوابت الفيزيائية الأساسية مثل كتلة الراحة أو
الشحن الكهربائية للجسيمات الأولية، والا فان اي تغير في هذه الثوابت يطعن في صحة
النسبية العامة. يذكر ان النظرية النسبية هي أحد أهم النظريات في العلم الحديث.


 


النتائج
الهندسية


بالرغم من
الاهتمام الأساسي في الهندسة كان منصبا لفترة طويلة على القواعد في الفضاء
الاقليدي فيما يعرف بالهندسة الاقليدية فقد قام عدد من علماء الرياضيات بصياغة
هندسات لااقليدية مثل لوباتشوفسكي وريمان وغاوس وغيرهم. لكن التصور الأساسي للفضاء
بقي اقليديا طيلة قرون لتوافقه مع معظم النظريات الفيزيئية بخاصة ميكانيك نيوتن. لكن
ظهور النسبية العامة فتح الباب للاعتقاد حول لااقليدية الزمكان(الزمان + المكان = الزمكان)
وقد أكدت الكثير من التجارب هذه الحقيقة.


الأمواج
الثقالية


 


يعتبر
التنبؤ بالأمواج الثقالية إحدى أهم النتائج والبراهين على النسبية العامة. ولتبسيط
الموضوع يمكننا تشبيه القوة الثقالية بالقوة الكهربائية : حيث تقابل الكتلة Mass
في الثقالة الشحنة charge في القوة الكهربائية. وأي اضطراب في هذه
الشحنات يحدث في الجوار أمواجا كهرمغناطيسية تنتشر بسرعة تساوي سرعة الضوء، بشكل
مماثل يحدث اضطراب الأجسام ذات الكتل الضخمة نشوء أمواج تنتشر في حقل الثقالة
المحيط بها, لكن أمواج الثقالة خلافا للأمواج الكهرمغناطيسية هي اضطراب يطرأ على
الفضاء نفسه (نتذكر أن الثقالة في النسبية هي تعبير عن تشوه الزمكان نفسه) وهكذا
تبدو أمواج الثقالة كاضطراب زمكاني ينتشر بعيدا عن موقع الاضطراب.