ما هي النظرية النسبية العامة لآينشتاين؟
يمكن تلخيص النظرية النسبية العامة لآينشتاين في 10 كلمات فقط: “الزمكان يخبر المادة كيف تتحرك؛ والمادة تخبر الزمكان كيف ينحني”.
لكن هذا الوصف القصير من الفيزيائي جون ويلر يخفي حقيقة أكثر تعقيدًا وعمقًا. إلى جانب نظرية الكم، تعد النسبية العامة واحدة من ركيزتين للفيزياء الحديثة – نظرية الجاذبية العاملة ونظرية الكواكب والمجرات والكون ككل.
إنها امتداد لنظرية أينشتاين النسبية الخاصة – ولكنها ضخمة لدرجة أنه استغرق 10 سنوات. من عام 1905 إلى عام 1915، للانتقال من واحدة إلى أخرى.
تخبرنا النسبية الخاصة أن الحركة تشوه المكان والزمان
كانت الضربة المركزية التي حققها أينشتاين مع النسبية العامة هي الجمع بين ذلك ومبدأ لاحظه جاليليو قبل أكثر من ثلاثة قرون: أن الأجسام الساقطة تتسارع بنفس المعدل بغض النظر عن كتلتها.
ومن المعروف أن الريشة والمطرقة اللتين تسقطان من برج بيزا المائل سوف تصطدمان بالأرض في نفس الوقت. إذا تجاهلنا مقاومة الهواء. (أثناء هبوط أبولو 15 على سطح القمر في عام 1971، أكد رائد الفضاء ديفيد سكوت هذا المبدأ على القمر الخالي من الهواء).
وبعد جاليليو، أظهر إسحاق نيوتن أن هذا لا يمكن أن يكون صحيحاً إلا إذا حدثت مصادفة غريبة: الكتلة بالقصور الذاتي، التي تقيس مقاومة الجسم للتسارع. يجب أن تساوي دائماً الكتلة الجاذبية، التي تقيس استجابة الجسم للجاذبية.
ولا يوجد سبب واضح يجعل الأمر كذلك، ومع ذلك لم تفصل أي تجربة بين هاتين الكميتين.
وبنفس الطريقة التي استخدم بها سرعة الضوء الثابتة لبناء نظرية النسبية الخاصة. أعلن أينشتاين هذا مبدأ من مبادئ الطبيعة: مبدأ التكافؤ.
وبتسليحنا بهذا وبمفهوم جديد للفضاء والزمان باعتبارهما “زمكاناً” متشابكين، يمكننا بناء صورة حيث تكون الجاذبية مجرد شكل من أشكال التسارع.
فالأجسام الضخمة تنحني الزمكان حولها، مما يجعل الأشياء تبدو وكأنها تتسارع نحوها.
وهذا يفسر لماذا نشعر بسحب نحو الأرض نحو الأسفل ولماذا تدور الأرض حول الشمس. على الرغم من أن الجاذبية تهيمن على المقاييس الكونية الكبيرة والكتل الكبيرة جدًا مثل الكواكب أو النجوم. إلا أنها في الواقع الأضعف بكثير من بين القوى الأربع المعروفة في الطبيعة. والقوة الوحيدة التي لم يتم تفسيرها من خلال نظرية الكم.
إقرأ أيضاً… ما هي النظرية النسبية التي وضعها آينشتاين؟
نظرية الكم والنسبية العامة
إن نظرية الكم والنسبية العامة لا تتفقان على الإطلاق. فالنظريتان تعملان عموماً على مقاييس مختلفة للغاية، لذا فإن هذه ليست مشكلة ضخمة. ولكنها تمنعنا من فهم ما حدث في اللحظات الأولى من الانفجار العظيم.
على سبيل المثال، عندما كان الكون صغيراً للغاية وكانت الجاذبية قوية للغاية. وفي موقف آخر حيث تصطدم النظريتان ــ عند أفق الحدث لثقب أسود ــ تنشأ مفارقات لا يمكن حلها.
والأمل الكبير هو أن توحد “نظرية كل شيء” ذات يوم بين نظرية الكم والنسبية العامة ــ على الرغم من أن محاولات مثل نظرية الأوتار ونظرية الجاذبية الكمومية الحلقية فشلت حتى الآن في التوصل إلى النتائج المطلوبة.
وفي الوقت نفسه لم نجد النسبية العامة تفتقر إلى أي شيء. فقد ثبتت صحة تنبؤها بأن تكتلات كثيفة للغاية من الكتلة قد تؤدي إلى تشويه الزمكان إلى الحد الذي لا يستطيع حتى الضوء أن يفلت منه.
ونحن الآن نطلق على هذه الأجسام اسم “الثقوب السوداء“، ويمكننا تصوير “آفاق الحدث” التي تحيط بها. ونحن على ثقة تامة من وجود آفاق حدث في مركز كل مجرة ضخمة.
ولكن ربما كان أعظم انتصار لنظرية النسبية العامة هو اكتشاف الموجات الثقالية ــ التموجات في الزمكان الناجمة عن حركة أجسام ضخمة للغاية.
وكانت الإشارة التي أشارت إلى أن ثقبين أسودين يدوران في دوامة واحدة. ثم يندمجان معاً انتصاراً للعمل الاستقصائي الدؤوب الذي قامت به تجربة ليجو المتقدمة.
