اختبارات لنظرية النسبية العامة لأينشتاين
المؤلف:
بول ديفيز
المصدر:
الجائزة الكونية الكبرى
الجزء والصفحة:
الفصل الثاني (ص56 – ص57)
2023-03-08
1425
حين نشر أينشتاين نظرية النسبية العامة عام 1915 (والمبنية على نظرية النسبية الخاصة التي نشرها عام 1905)، اقترح ثلاث اختبارات يمكن القيام بها عن طريق أخذ ملاحظات من داخل النظام الشمسي. كان أولها هو انحناء أشعة الضوء. أما الاختبار الثاني فيتعلق بمدار كوكب عطارد، إن الانحناء الزمكاني حول الشمس يتسبب في حدوث انحراف بسيط في حركة الكواكب التي تدور حولها، والمصطلح العلمي لها هو «تقدم الحضيض». تغير آخر مشابه لكنه أكبر حجما بكثير يحدث نتيجة الاضطراب الذي تحدثه جاذبية الكواكب الأخرى. فيما يتعلق بكوكب عطارد فإن قدر التصحيح الصغير هو 43 ثانية قوسية لكل قرن. ورغم ضآلة هذا الانحراف فإن علماء الفلك كانوا قد قاسوه بالفعل، وكان سببه غامضا، إلى أن جاءت النسبية العامة وفسرته بدقة.
الاختبار الثالث متعلق بتأثير الجاذبية على الزمن؛ بمعنى أن الساعات تسير بشكل أبطأ في مجالات الجاذبية. في الحقيقة، كل العمليات الفيزيائية تبطئ في مجالات الجاذبية، بما فيها عملية انبعاث الضوء، أوضح أينشتاين أن الضوء الصادر عن الشمس ينبغي أن ينحرف بقدر ضئيل صوب الطرف منخفض التردد من الطيف نتيجة مجال الجاذبية الشمسي، وهو الأثر المعروف باسم إزاحة الجاذبية الحمراء، من العسير قياس هذا في الشمس، لكن في عام 1960 تم التأكد من هذا التنبؤ بدقة بالاستعانة بجاذبية الأرض. تمثلت التجربة في إرسال فوتونات أشعة جاما إلى أعلى أحد أبراج جامعة هارفارد، ثم استخدام تقنية رنين نووي فائقة الحساسية لكشف أي إزاحة في الترددات.
كشفت التطورات المتحققة في علم الفلك عن وجود أجرام سماوية لها مجالات جاذبية هائلة، يكون تأثير النسبية العامة عليها أعظم بكثير مما هو الحال داخل النظام الشمسي. على سبيل المثال، استخدمت أزواج النجوم النيترونية التي يدور بعضها حول بعض في مدارات قريبة لتأكيد العديد من تنبؤات النظرية بدرجة دقة عالية. تعد الثقوب السوداء من التنبؤات الجامحة الأخرى لنظرية النسبية العامة، ويعكف علماء الفلك بنشاط على دراسة خصائصها. أيضا تعد ظاهرة عدسة الجاذبية اختبارا إضافيا.
مع اختراع الساعات الذرية وأشعة الليزر صار من الممكن اختبار تنبؤات النسبية العامة بدقة أعلى وأعلى في المزيد من المواقف في حقيقة الأمر دخلت تأثيرات نظرية النسبية الآن عالم الهندسة التطبيقية. على سبيل المثال، يعمل نظام تحديد المواقع العالمي «الجي بي إس» GPS الذي يستخدمه السائقون والطيارون بالمقارنة بين الإشارات محددة الوقت بدقة الآتية من شبكة من الأقمار الصناعية التي تدور حول الأرض، على أن يقوم أحد لوغاريتمات الحاسب الآلي بضبط آثار الانحناء الزمني لكل من الجاذبية والحركة.
لم يخضع أحد تنبؤات نظرية النسبية العامة للاختبار بعد. في عام 1918 بين أينشتاين كيف أن الكتل المتحركة يمكنها توليد موجات جاذبية، هذه الموجات تشبه الموجات الكهرومغناطيسية وتسافر أيضًا بسرعة الضوء. ومع ذلك، ولأن الجاذبية أضعف بكثير من الكهرومغناطيسية يكون تأثير موجات الجاذبية أضعف بكثير. يمكن تخيل هذه الموجات على شكل ذبذبات صغيرة في سطح الفضاء المنحني، وحين تمر أي موجة بالقرب من أحد الأجسام تتسبب في اهتزازه بدرجة طفيفة. بنيت أجهزة كشف في محاولة لتحديد هذا الأثر، إلا أنها لم تنجح في مسعاها حتى الآن. ومع ذلك، يظهر أحد الأنظمة النجمية النيوترونية المزدوجة الذي تمت دراسته على مدار سنوات عديدة إشارات على وجود خلل في مداره نتيجة موجات الجاذبية، وبهذا تم التأكد من وجودها بصورة غير مباشرة.
الاكثر قراءة في النظرية النسبية العامة
اخر الاخبار
اخبار العتبة العباسية المقدسة
