النسبية العامة لأينشتاين
النظرية النسبية لأينشتاين
نظرية النسبية غيّرت الكثير من المفاهيم بما يتعلق بالمصطلحات الاساسية في الفيزياء: المكان والزمان والكتلة والطاقة. حيث احدثت نقلة نوعية في الفيزياء النظرية وعلم الفلك في القرن العشرين. عند نشرها لأول مرة، عدلت الأسس النظرية لميكانيكا نيوتن التي كانت قائمة منذ 200 عام.
غيرت نظرية النسبية مفهوم الحركة لنيوتن، حيث نصت أن كل حركة نسبية. ومفهوم الزمن تغير من كونه مطلق، إلى كونه نسبي وجعله بُعْدْ رابع يدمج مع الأبعاد الثلاثة المكانية فيما يعرف بالزمان. وجعلت الزمان والمكان شيئاً موحداً بعد أن كان التعامل معهما سابقًا كشيئين مختلفين. وجعلت مفهوم الزمن يتوقف على سرعة الأجسام وشدة الجاذبية التي يتحرك فيها الجسم، وأصبح تقلص وتمدد الزمن مفهومًا أساسيًا لفهم الكون. وبذلك تغيرت كل الفيزياء الكلاسيكية حسب مفهوم نيوتن.
وأدت مفاهيم نظرية النسبية إلى ظهور علوم جديدة كليًا مثل: الفيزياء الفلكية وعلم الكون. بالإضافة لإستخدامها في تطبيقات حياتية كنظام الملاحة العالمي GPS.
وتُعد نظرية النسبية العامة (General Relativity) التي نشرها ألبرت أينشتاين عام 1915، أحد أعظم الإنجازات الفكرية في الفيزياء. لقد غيرت بشكل جذري فهمنا للجاذبية والكون، إذ لم تعد الجاذبية مجرد "قوة" كما وصفها نيوتن، بل أصبحت خاصية للهندسة الأساسية للكون.
المبادئ الأساسية للنسبية العامة
تقوم نظرية النسبية العامة على مبدأين أساسيين:
1. مبدأ التكافؤ (The Equivalence Principle)
ينص هذا المبدأ على أن الجاذبية والتسارع لا يمكن التمييز بينهما محلياً (أي في منطقة صغيرة من الفضاء والزمان).
مثال: الشخص الموجود في مصعد مغلق يتسارع نحو الأعلى لا يمكنه معرفة ما إذا كان يشعر بقوة الجاذبية العادية (إذا كان المصعد ثابتًا على الأرض) أم أنه يشعر بقوة التسارع (إذا كان المصعد في الفضاء ويتسارع للأعلى بسرعة ثابتة).
هذا المبدأ ربط بين مفاهيم الجاذبية التي تبدو "هندسية" (الزمكان المنحني) وقوى القصور الذاتي الناتجة عن الحركة المتسارعة.
2. الزمكان المنحني (Curved Spacetime)
وهو المفهوم الجوهري في النظرية، حيث تنظر النسبية العامة إلى الكون على أنه نسيج رباعي الأبعاد يُسمى الزمكان (Space-Time)، يجمع الأبعاد المكانية الثلاثة مع البعد الزمني.
الكتلة تخلق الانحناء: الأجسام ذات الكتلة الكبيرة والطاقة (مثل النجوم والكواكب) تُحدث انحناءً أو تشوهًا في نسيج الزمكان حولها، تمامًا ككرة ثقيلة توضع على غطاء مطاطي مشدود.
الجاذبية هي الحركة في الانحناء: الأجسام الأخرى لا تُجذب بفعل "قوة"، بل هي تتبع أقصر مسار ممكن عبر هذا الزمكان المنحني. هذا المسار المنحني هو ما ندركه نحن كتأثير جاذبية، مثل دوران الكواكب حول الشمس.
النتائج والتنبؤات الرئيسية
قدمت النسبية العامة العديد من التنبؤات المدهشة التي أكدتها الملاحظات لاحقاً:
انحناء الضوء (Gravitational Lensing): تنبأت بأن مسار الضوء نفسه يجب أن ينحني عندما يمر بالقرب من جسم ذي كتلة هائلة، مثل نجم أو مجرة، لأن الضوء يتبع مسار الزمكان المنحني.
التأكيد: تم تأكيد هذا التنبؤ لأول مرة خلال كسوف الشمس عام 1919، عندما لاحظ السير آرثر إدينغتون انزياح مواقع النجوم نتيجة انحناء ضوئها بالقرب من جاذبية الشمس.
الموجات الثقالية (Gravitational Waves): تنبأت بأن أي حركة عنيفة للأجسام ذات الكتلة الكبيرة (مثل اندماج ثقبين أسودين أو انفجار النجوم) ستؤدي إلى تموجات أو اهتزازات في نسيج الزمكان تنتشر بسرعة الضوء.
التأكيد: تم رصد هذه الموجات بشكل مباشر لأول مرة بواسطة مرصد LIGO في عام 2015.
الثقوب السوداء (Black Holes): تُعد الثقوب السوداء حلاً لمعادلات النسبية العامة. وهي مناطق في الزمكان تكون فيها الجاذبية قوية لدرجة أن لا شيء، ولا حتى الضوء، يستطيع الهروب منها.
تأخر الوقت الجاذبي (Gravitational Time Dilation): ينص التنبؤ على أن الوقت يمر بشكل أبطأ في المناطق ذات الجاذبية القوية (الأقرب إلى كتلة ضخمة).
التطبيق العملي: هذا التأثير يتم أخذه في الحسبان وتصحيحه باستمرار في عمل أنظمة تحديد المواقع العالمية (GPS)، وإلا فإن نظام الملاحة لن يعمل بدقة.
تفسير مدار عطارد: نجحت النسبية العامة في تفسير الانحراف الطفيف في مدار كوكب عطارد حول الشمس، وهو الشيء الذي عجز قانون نيوتن عن تفسيره بدقة.
بشكل عام، تعتبر النسبية العامة إطار العمل الذي نفهم به الآن تطور الكون، وبنية النجوم، وخصائص الثقوب السوداء.
