فهم النظرية النسبية العامة لآينشتاين

يمكن تلخيص النظرية النسبية العامة لآينشتاين في جملة قصيرة تعبر عن فكرة عميقة: "الزمكان يخبر المادة كيف تتحرك؛ والمادة تخبر الزمكان كيف ينحني". ولكن هذا الوصف الموجز، الذي قدمه الفيزيائي جون ويلر، يخفي وراءه حقائق أكثر تعقيدًا وعمقًا. تعتبر النسبية العامة، بجانب نظرية الكم، واحدة من الركيزتين الأساسيتين للفيزياء الحديثة، حيث تفسر الجاذبية وعلاقات الكواكب والمجرات في الكون.

تطور النظرية النسبية العامة

تعتبر النسبية العامة امتدادًا للنظرية النسبية الخاصة التي وضعها آينشتاين، وقد استغرق الأمر منه عشر سنوات، من عام 1905 حتى عام 1915، للانتقال من المفهوم الخاص إلى هذا المفهوم الأكثر شمولية. إن الإبداع الذي أظهره آينشتاين في هذا المجال كان له تأثير عميق على فهمنا للكون.

الحركة وتأثيرها على الزمكان

أحد النقاط المحورية في النظرية النسبية العامة هي الجمع بين ما لاحظه جاليليو منذ أكثر من ثلاثة قرون: الأجسام الساقطة تتسارع بنفس المعدل بغض النظر عن كتلتها. على سبيل المثال، عندما تسقط ريشة ومطرقة من برج بيزا المائل، فإنهما ستصلان إلى الأرض في نفس اللحظة إذا تم تجاهل مقاومة الهواء. هذا المبدأ تم تأكيده أيضًا خلال هبوط أبولو 15 على سطح القمر.

مبدأ التكافؤ

بعد جاليليو، جاء إسحاق نيوتن ليظهر أن هذا الأمر لا يمكن أن يكون صحيحًا إلا إذا كانت الكتلة القصورية، التي تقيس مقاومة الجسم للتسارع، تساوي دائمًا الكتلة الجاذبية، التي تقيس استجابة الجسم للجاذبية. ورغم عدم وجود تفسير واضح لهذا الترابط، إلا أنه لم ينجح أي تجربة في التفريق بين هاتين الكميتين.

الجاذبية كمقياس للتسارع

من خلال اعتماد سرعة الضوء الثابتة كمبدأ أساسي، أعلن آينشتاين أنه يمكن اعتبار الجاذبية شكلًا من أشكال التسارع. الأجسام الضخمة تؤثر على الزمكان من حولها، مما يجعل الأشياء تبدو وكأنها تتسارع نحوها. هذا يفسر شعورنا بالجاذبية نحو الأرض، وأيضًا لماذا تدور الأرض حول الشمس.

الجاذبية والقوى الطبيعية

على الرغم من قوة الجاذبية في المقاييس الكونية الكبيرة، إلا أنها تُعتبر الأضعف بين القوى الأربعة المعروفة في الطبيعة، وهي القوة الوحيدة التي لم يتم تفسيرها من خلال نظرية الكم.

التحديات بين نظرية الكم والنسبية العامة

تعتبر العلاقة بين نظرية الكم والنسبية العامة معقدة، حيث تعمل النظريتان على مقاييس مختلفة. هذا التباين يمنعنا من فهم ما حدث في اللحظات الأولى من الانفجار العظيم، خاصة عندما كان الكون صغيرًا للغاية وكانت الجاذبية قوية جداً. تبرز التحديات بشكل خاص عند أفق الحدث للثقوب السوداء، حيث تظهر مفارقات يصعب حلها.
المتوحش 2 مترجم الحلقة 10

البحث عن "نظرية كل شيء"

الأمل يكمن في توحيد النظريتين من خلال "نظرية كل شيء"، لكن محاولات مثل نظرية الأوتار ونظرية الجاذبية الكمومية الحلقية لم تحقق النجاح المطلوب حتى الآن. ومع ذلك، فإن النسبية العامة لم تفقد مصداقيتها، حيث أثبتت صحة تنبؤاتها حول تأثير التكتلات كثيفة الكتلة على تشويه الزمكان.

الاكتشافات الحديثة

ربما كان أعظم انتصار لنظرية النسبية العامة هو اكتشاف الموجات الثقالية، التي تمثل تموجات في الزمكان ناتجة عن حركة أجسام ضخمة. وقد تم رصد إشارة تشير إلى اندماج ثقبين أسودين، مما يُعتبر انتصارًا للجهود العلمية والتجريبية المستمرة.