النظرية النسبية العامة

النظرية العلمية

يُشير مفهوم النظرية العلميّة إلى بُنية التّفكير المنهجيّ الذي يتخيّله الإنسان، وتحتوي هذه البُنية على مجموعةٍ من القوانين التجريبيّة التي تُنظّم الأحداث أو الأشياء الموجودة المُفترضة أو الملحوظة؛ حيث تُعدّ النّظرية العلميّة هيكلًا مُقترحًا من قِبل هذه القوانين المُصممّة لشرحها بطريقةٍ عقلانيّةٍ وعلميّةٍ، وهُناك العديد من النظريات العلميّة المشهورة والتي تُفسّر العديد من الظواهر الطبيعيّة ومنها النظرية النسبية العامة والخاصّة وغيرههما.^[١]

النظرية النسبية العامة

حدد العالم آينشتاين في عام 1905م أنّ القوانين الفيزيائيّة مُتشابهة لجميع المُراقبين في حالة عدم التّسارع، وأنّ سرعة الضوء في الفراغ كانت مستقلة عن حركة جميع المراقبين، وقد أُطلق على هذه الاستنتاجات اسم النظرية النسبية الخاصّة، وقد ساهمت هذه النّظرية في إنتاج إطار جديد للفيزياء بشكلٍ كاملٍ كما أنّها أظهرت مفاهيم جديدة للفضاء والوقت، وقد أمضى العالم آينشتاين 10 أعوام في محاولة ضمّ التّسارع إلى النظريّة إلى أن نشر النظرية النسبية العامة في عام 1915، وقد حددت هذه النظريّة بأنّ الأجسام الضخمة تُسبب انحراف وتشويه في الزّمان والمكان.^[٢]

تطور النظرية النسبية العامة

أظهر العالم آينشتاين في النظرية النسبية الخاصّة أنّه لم يكن هُناك إطار مميز بين الأطر المرجعيّة الخاصّة بالقصور الذّاتي، وقد تطوّرت النظريّة النسبيّة العامّة كمحاولة لإثبات صحّة هذه المعلومة بين الأطر المرجعيّة غير المرتبطة بالقصور الذّاتي أيضًا، وقد ظهرت مقالة علميّة ثانيّة حول هذا الموضوع في عام 1911م، وقد عمل آينشتاين بنشاط في عام 1912م لإثبات النظرية النسبية العامة التي تُفسّر النظرية الخاصّة وستوضّح الجاذبية كظاهرةٍ هندسيّةٍ، أمّا في عام 1915م نشر العالم مجموعة من المعادلات التفاضليّة تُعرف بأنّها معادلات آينشتاين للمجال، وتُصوّر النسبية العامة الكون كأنّه نظام هندسي من ثلاثة أبعاد مكانيّة وزمن واحد، وقد سبب وجود الكتلة والطاقة والزّخم ثني هذا النظام الإحداثي الزّماني، وقد كانت الجاذبيّة هي الحركة الأبسط أو الأقل طاقة في منحنى الفضاء والوقت.^[٣]

تفسير النظرية النسبية العامة

يُمكن تفسير النظرية النسبية العامة عن طريق تخيّل شد ملاءة السّرير أو قطعة مسطّحة قابلة للمد وربط الزوايا بقوّة ببعض العواميد الثابتة، ثمّ وضع أشياء ذات أوزان مختلفة على هذه القطعة وملاحظة انحنائها إلى الأسفل بشكلٍ قليلٍ في حالة وضع أجسام خفيفة، وانحنائها بشكلٍ أكبرٍ في حالة وضع شيء أثقل، كما يُمكن ملاحظة الانحناء النّاتج عن وضع جسم ثقيل على الورقة المُرافق لحركة على طول المُنحنى تهدف للوصول إلى نقطة التّوازن والتوقّف عن التحرّك، ويشبه المثال السّابق تفسير النظرية النسبية العامّة للجاذبية؛ حيث إنّ انحناء الأجسام الخفيفة لا يؤثّر على الأجسام الأثقل أمّا انحناء الأجسام الأثقل يمنع الكائنات في كوكب الأرض من الطوفان إلى الفضاء، كما يسهم الانحناء النّاتج من الأرض في إبقاء القمر في المدار ويؤثّر انحناء القمر في ظاهرة المد على سطح الأرض.^[٣]

إثبات النظرية النسبية العامة

تدعم جميع الاستنتاجات التي ظهرت من النظرية النسبية الخاصّة النظرية النسبيّة العامة أيضًا؛ وذلك لأنّ النظريات العلميّة متناسقة، كما تُفسّر النظرية العامّة جميع ظواهر الميكانيكا الكلاسيكيّة نظرًا لتناغمها أيضًا، كما تدعم العديد من الاستنتاجات توقّعات مميّزة من النظرية النسبية العامة ومنها ما يأتي:^[٣]

• الحضيض الشّمسي للمريخ.
• انحراف الجاذبيّة لضوء النّجم.
• التوسّع الكونيّ على شكل ثابت فلكيّ.
• تأخّر صدى الرّادار.
• الثّقوب السوداء وإشعاع هوكينغ.

نتائج معادلات النظرية النسبية العامة

احتاج العالم ألبرت آينشتاين لعشرة سنوات للتمكّن من حل الريّاضيات المعقّدة، وقد تنبأت المعادلات المُستخدمة بالنظرية النسبية العامة بالعديد من الظواهر الكونيّة المُختلفة، وقد أثبت العلماء العديد من هذه التبنؤات، ومنها الظواهر الآتية:^[٤]

• انحناء الضّوء حول الأجسام الضّخمة.
• تطوّر بطيء في مدار كوكب عطارد.
• سحب الإطار الزّمكاني حول الأجسام الدوارة.
• الانزياح نحو اللون الأحمر.
• أمواج الجاذبيّة.
• وجود الثقوب السوداء التي تمتص جميع الأجسام بما فيها الضّوء.

علاقة النظرية النسبية العامة بالثابت الكوني

اكتشف العلماء في عام 1922م أنّ تطبيق معادلات آينشتاين للمجال لعلم الكونيات أنتجت اكتشاف توسّع الكون، حيث اعتقد آينشتاين أنّ الكون ثابت الأمر الذي دفعه لإضافة ثابت فلكي لمعادلات المجال؛ الأمر الذي أدّى لإنتاج حلول ثابتة، أمّا في عام 1929م اكتشف العالم إدون هابل أنّ هُناك انزياحًا نحو الأحمر من النّجوم البعيدة؛ الأمر الذي يدل على أنّها تتحرّك مع مراعاة الأرض وبالتالي ظهر أنّ الكون يتوسّعK الأمر الذي دفع آينشتاين لإزالة الثابت الكونيّ من معادلاته، وقد عاد الاهتمام بهذا الثابت على شكل طاقة مظلمة في التسعينات؛ حيث أظهرت حلول نظريات الحقل الكموميّ كمية كبيرة من الطّاقة في الفراغ الكميّ للفضاء، الأمر الذي يؤدّي لحدوث تسارع في توسّع الكون.^[٣]

تطبيقات عمليّة للنظرية النسبية

على الرّغم من أنّ النظرية النسبية هي مجرّد افتراضات إلّا أنّ التأثيرات النسبيّة مهمّة للشؤون الهندسيّة العمليّة؛ حيث تحتاج القياسات الخاصّة بالأقمار الصناعيّة النّظر في تأثير النسبيّة؛ وذلك لأنّ كل الأقمار الصناعيّة تدور بحركة مقيّدة بمستخدم على الأرض؛ وبالتالي فإنّها تتحرّك نسبةً لإطار مرجعيّ مختلف تحت النظرية النسبيّة، كما تهتم الأنظمة العالميّة الخاصّة بالمواقع بتأثيرات النّسبيّة أيضًا كالعواقب النّاتجة من حقل الجاذبيّة الأرضيّ للتمكّن من العمل بشكلٍ دقيقٍ، بالإضافة لحالة الدقّة العاليّة في قياس الوقت، كما تسهم النظرية النسبيّة في عمل الأدوات التي تتراوح ما بين المجاهر الخاصّة بالإلكترونات إلى مسرّعات الجسيمات؛ حيث لن تتمكّن هذه الأدوات من العمل في حالة حذف الاعتبارات الخاصّة بالنظرية النسبية.^[٥]

المراجع

1. ↑ "Scientific theory", www.britannica.com, Retrieved 01-08-2019. Edited.
2. ↑ "Einstein's Theory of General Relativity", www.space.com, Retrieved 01-08-2019. Edited.
3. ^ ^{أ ب ت ث} "Einstein's Theory of Relativity", www.thoughtco.com, Retrieved 01-08-2019. Edited.
4. ↑ "What Is Relativity?", www.livescience.com, Retrieved 03-08-2019. Edited.
5. ↑ "Theory of relativity", en.wikipedia.org, Retrieved 03-08-2019. Edited.