أ. نظرية النسبية العامة لأينشتاين

في إطار النظرية ، التي تم إنشاؤها على مدى عشر سنوات ، من عام 1906 إلى عام 1916 ، تحول أينشتاين إلى مشكلة الجاذبية ، والتي طالما جذبت انتباه العلماء. لذلك ، غالبًا ما تسمى النظرية العامة للنسبية بنظرية الجاذبية. وصفت التبعيات الجديدة لعلاقات الزمان والمكان على العمليات المادية. لم تعد هذه النظرية مبنية على اثنين ، بل على ثلاثة افتراضات:

- الفرضية الأولىالنظرية النسبية العامة - توسيع مبدأ النسبية، الذي يؤكد ثبات قوانين الطبيعة في أي إطار مرجعي ، سواء بالقصور الذاتي أو غير بالقصور الذاتي ، يتحرك مع التسارع أو التباطؤ. ويقول إنه من المستحيل أن نعزو الطابع المطلق ليس فقط إلى السرعة ، ولكن أيضًا إلى التسارع ، الذي له معنى خاص فيما يتعلق بالعامل الذي يحدده.

- الفرضية الثانية-مبدأ ثبات سرعة الضوء- لم يتغير.

- الفرضية الثالثة-مبدأ تكافؤ كتل القصور الذاتي والجاذبية. كانت هذه الحقيقة معروفة بالفعل في الميكانيكا الكلاسيكية. لذلك ، في قانون الجاذبية الكونية ، الذي صاغه نيوتن ، تكون قوة الجاذبية دائمًا متناسبة مع كتلة الجسم الذي تعمل عليه. ولكن في قانون نيوتن الثاني ، فإن القوة التي تضفي التسارع على الجسم تتناسب أيضًا مع كتلته. في الحالة الأولى ، نتحدث عن كتلة الجاذبية التي تميز قدرة الجسم على الانجذاب إلى جسم آخر ، وفي الحالة الثانية ، عن كتلة القصور الذاتي التي تميز سلوك الجسم تحت تأثير القوى الخارجية ، هو مقياس لقصور الجسم. ولكن في حالة السقوط الحر للجسم ، فإن التسارع g = 9.8 m / s 2 لا يعتمد على الكتلة. تم إثبات ذلك في تجاربه بواسطة جاليليو. بتعبير أدق ، تم إنشاء معادلة هذه الجماهير في عام 1890 من قبل الفيزيائي المجري L. Eötvös. اليوم يتم تأكيد هذه الاستنتاجات بدرجة عالية من الدقة - تصل إلى 10-12.

بعد إنشاء النظرية النسبية الخاصة ، فكر أينشتاين في ما إذا كانت خصائص الجاذبية للأجسام تتغير إذا كانت خصائصها بالقصور الذاتي تعتمد على سرعة الحركة. أدى التحليل النظري الذي أجراه العالم إلى استنتاج مفاده أن الفيزياء لا تعرف طريقة للتمييز بين تأثير الجاذبية وتأثير التسارع. بعبارة أخرى ، فإن التأثيرات الحركية الناشئة عن تأثير قوى الجاذبية تعادل التأثيرات الناشئة تحت تأثير التسارع. لذا ، إذا أقلع الصاروخ بعجلة 2 ز، عندها سيشعر طاقم الصاروخ وكأنهم في ضعف مجال الجاذبية الأرضية. وبالمثل ، لن يتمكن المراقب في المصعد المغلق من تحديد ما إذا كان المصعد يتحرك بمعدل متسارع أو ما إذا كانت هناك قوى جاذبية تعمل داخل المصعد. على أساس مبدأ التكافؤ تم تعميم مبدأ النسبية.

كان أهم استنتاج للنظرية النسبية العامة هو فكرة أن التغيير في الخصائص الهندسية (المكانية) والزمانية للأجسام لا يحدث فقط عند التحرك بسرعات عالية ، كما أثبتته النظرية النسبية الخاصة ، ولكن أيضًا بشكل قوي. حقول الجاذبية. الاستنتاج الذي تم التوصل إليه ربط بشكل لا ينفصم بين النظرية العامة للنسبية والهندسة ، لكن الهندسة المقبولة عمومًا لإقليدس لم تكن مناسبة لذلك.

هندسة إقليدس بديهية ، تقوم على خمس بديهيات وتنطوي على التشابه ، تجانس الفضاء ، والذي يعتبر مسطحًا. لكن تدريجيًا توقفت هذه الهندسة عن إرضاء العديد من علماء الرياضيات ، لأن فرضيتها الخامسة لم تكن بديهية. نحن نتحدث عن التأكيد على أنه من خلال نقطة تقع خارج الخط ، يمكن رسم خط واحد فقط موازٍ للخط المعطى. يرتبط بهذه البديهية التأكيد على أن مجموع زوايا المثلث يساوي دائمًا 180 درجة. إذا استبدلنا هذه البديهية بأخرى ، فيمكننا بناء هندسة جديدة ، تختلف عن هندسة إقليدس ، ولكنها متسقة داخليًا تمامًا. هذا هو بالضبط ما فعله عالم الرياضيات الروسي ن. آي. لوباتشيفسكي والألماني ب. ريمان والمجري جي بولياي بشكل مستقل عن بعضهم البعض في القرن التاسع عشر. استخدم ريمان البديهية القائلة بأنه من المستحيل رسم خط مستقيم واحد موازٍ لخط معين. انطلق Lobachevsky و Bolyai من حقيقة أنه من خلال نقطة خارج الخط ، يمكن للمرء رسم عدد لا حصر له من الخطوط الموازية للخط المحدد. للوهلة الأولى ، تبدو هذه العبارات سخيفة. في الظاهر ، هم مخطئون بالفعل. ولكن قد تكون هناك أسطح أخرى تحدث عليها افتراضات جديدة.

تخيل ، على سبيل المثال ، سطح كرة. على ذلك ، يتم قياس أقصر مسافة بين نقطتين ليس على طول خط مستقيم (لا توجد خطوط مستقيمة على سطح الكرة) ، ولكن على طول قوس لدائرة كبيرة (ما يسمى بالدوائر التي يكون أنصاف أقطارها مساوية لـ نصف قطر الكرة). على الكرة الأرضية ، تعمل خطوط الطول على أنها خطوط جيوديسية أقصر أو كما يطلق عليها. تتقاطع جميع خطوط الطول ، كما هو معروف ، عند القطبين ، ويمكن اعتبار كل منها خطاً مستقيماً موازياً لأي خط طول. للكرة هندسة كروية خاصة بها ، حيث يكون البيان صحيحًا أن مجموع زوايا المثلث دائمًا أكبر من 180 درجة. تخيل مثلثًا على كرة مكونة من خطي زوال وقوس لخط الاستواء. الزوايا بين خطوط الطول وخط الاستواء تساوي 90 درجة ، وتضاف الزاوية بين خطوط الطول مع القمة عند القطب إلى مجموعهما. وبالتالي ، لا توجد خطوط غير متقاطعة على الكرة.

هناك أيضًا سطوح يتبين فيها أن افتراض ريمان صحيح. هذا سطح سرج ، ويسمى أيضًا الغلاف الزائف. على ذلك ، يكون مجموع زوايا المثلث دائمًا أقل من 180 درجة ، ومن المستحيل رسم خط واحد موازٍ للخط المعطى.

بعد أن علم أينشتاين بوجود هذه الأشكال الهندسية ، نشأت شكوك حول الطبيعة الإقليدية للزمكان الحقيقي. أصبح من الواضح أنها كانت ملتوية. كيف يمكن للمرء أن يتخيل انحناء الفضاء الذي تتحدث عنه النسبية العامة؟ تخيل لوحًا رقيقًا جدًا من المطاط واعتبر أن هذا نموذج للفضاء. دعونا نضع على هذه الورقة الكرات الكبيرة والصغيرة - نماذج من النجوم والكواكب. ستثني الكرات ورقة المطاط كلما زادت كتلتها ، مما يدل بوضوح على اعتماد انحناء الزمكان على كتلة الجسم. وهكذا ، فإن الأرض تخلق زمكانًا منحنيًا حول نفسها ، وهو ما يسمى مجال الجاذبية. هذا هو الذي يتسبب في سقوط جميع الأجسام على الأرض. لكن كلما ابتعدنا عن الكوكب ، سيكون تأثير هذا المجال أضعف. على مسافة كبيرة جدًا ، سيكون مجال الجاذبية ضعيفًا لدرجة أن الأجسام ستتوقف عن السقوط على الأرض ، وبالتالي فإن انحناء الزمكان سيكون ضئيلًا لدرجة أنه يمكن إهماله واعتبار الزمكان مسطحًا.

لا يلزم فهم انحناء الفضاء على أنه انحناء مستوى مثل الكرة الإقليدية ، حيث يختلف السطح الخارجي عن السطح الداخلي. من الداخل ، يبدو سطحه مقعرًا ، من الخارج - محدب. من وجهة نظر الأشكال الهندسية غير الإقليدية ، كلا جانبي المستوى المنحني متماثلان. لا يظهر انحناء الفضاء بطريقة بصرية ويُفهم على أنه انحراف لمقياسه عن المقياس الإقليدي ، والذي يمكن وصفه بدقة بلغة الرياضيات.

لم تؤسس نظرية النسبية فقط انحناء الفضاء تحت تأثير مجالات الجاذبية ، ولكن أيضًا تباطؤ الزمن في مجالات الجاذبية القوية. حتى جاذبية الشمس ، وهو نجم صغير إلى حد ما وفقًا للمعايير الكونية ، تؤثر على معدل مرور الوقت ، مما يؤدي إلى إبطائه بالقرب من نفسه. لذلك ، إذا أرسلنا إشارة راديوية إلى نقطة ما ، المسار الذي يمر بالقرب من الشمس ، فإن رحلة الإشارة الراديوية ستستغرق وقتًا أطول مما لو لم تكن هناك شمس في مسار هذه الإشارة. يبلغ تأخير الإشارة أثناء مرورها بالقرب من الشمس حوالي 0.0002 ثانية. وقد أجريت مثل هذه التجارب منذ عام 1966. واستخدمت أسطح الكواكب (عطارد والزهرة) ومعدات المحطات بين الكواكب كعاكس.

من أروع التنبؤات للنظرية النسبية العامة - التوقف التام للوقت في مجال جاذبية قوي جدًا. كلما تباطأ الزمن كلما كانت الجاذبية أقوى. يتجلى تمدد الوقت في الانزياح الأحمر الجاذبي للضوء: كلما زادت قوة الجاذبية ، زاد طول الموجة وتناقص تردده. في ظل ظروف معينة ، يمكن أن يميل الطول الموجي إلى اللانهاية ، ويصل تردده إلى الصفر.

مع الضوء المنبعث من الشمس ، يمكن أن يحدث هذا إذا تقلص نجمنا فجأة وتحول إلى كرة نصف قطرها 3 كيلومترات أو أقل (نصف قطر الشمس 700000 كيلومتر). بسبب هذا الانكماش ، ستزداد قوة الجاذبية على السطح الذي يأتي منه الضوء بشكل كبير بحيث يكون الانزياح الأحمر الثقالي بلا حدود حقًا. ستصبح الشمس ببساطة غير مرئية ، ولن يخرج منها فوتون واحد.

دعنا نقول على الفور أن هذا لن يحدث أبدًا للشمس. في نهاية وجودها ، بعد عدة مليارات من السنين ، ستشهد العديد من التحولات ، وقد تتقلص منطقتها المركزية بشكل كبير ، ولكن ليس كثيرًا. لكن النجوم الأخرى ، التي تبلغ كتلتها ثلاثة أضعاف كتلة الشمس أو أكثر ، ستواجه بالفعل ، على الأرجح ، ضغطًا كارثيًا سريعًا تحت تأثير جاذبيتها في نهاية حياتها. هذا سيقودهم إلى حالة الثقب الأسود.

الثقب الأسود - هذا جسم مادي يخلق جاذبية قوية لدرجة أن الانزياح الأحمر للضوء المنبعث بالقرب منه يمكن أن يتحول إلى ما لا نهاية. من أجل تكوين ثقب أسود ، يجب أن يتقلص الجسم إلى نصف قطر لا يتجاوز نسبة كتلة الجسم إلى كتلة الشمس ، مضروبة في 3 كيلومترات. يسمى هذا الشعاع الحرج نصف قطر الجاذبيةهيئة.

الفيزيائيون وعلماء الفلك متأكدون تمامًا من وجود الثقوب السوداء في الطبيعة ، على الرغم من عدم اكتشافها حتى الآن. ترتبط صعوبات البحث الفلكي بطبيعة هذه الأجسام غير العادية. بعد كل شيء ، فهي ببساطة غير مرئية ، لأنها لا تتألق ، ولا تشع أي شيء في الفضاء ، وبالتالي فهي سوداء بالمعنى الكامل للكلمة. فقط من خلال عدد من العلامات غير المباشرة يمكننا أن نأمل أن نلاحظ وجود ثقب أسود ، على سبيل المثال ، في نظام نجمي ثنائي ، حيث يكون النجم العادي شريكًا له. من خلال ملاحظات حركة نجم مرئي في مجال الجاذبية العام لمثل هذا الزوج ، سيكون من الممكن تقدير كتلة نجم غير مرئي ، وإذا تجاوزت هذه القيمة كتلة الشمس بثلاث مرات أو أكثر ، فسوف من الممكن الادعاء بأنه تم العثور على ثقب أسود. يوجد الآن العديد من أنظمة النجوم الثنائية المدروسة جيدًا والتي تقدر فيها كتلة الشريك غير المرئي بـ 5-8 كتل شمسية. على الأرجح ، هذه ثقوب سوداء ، لكن علماء الفلك يفضلون تسمية هذه الأجسام المرشحة للثقوب السوداء حتى يتم تنقيح هذه التقديرات.

يُعد تمدد زمن الجاذبية ، الذي يتم قياسه وإثباته من خلال الانزياح الأحمر ، مهمًا جدًا بالقرب من النجوم النيوترونية ، وبالقرب من نصف قطر الجاذبية للثقب الأسود ، فهو كبير جدًا لدرجة أن الوقت هناك ، من وجهة نظر مراقب خارجي ، يتجمد ببساطة. بالنسبة لجسم يسقط في مجال الجاذبية لثقب أسود كتلته تساوي ثلاث كتل شمسية ، فإن السقوط من مسافة مليون كيلومتر إلى نصف قطر الجاذبية سيستغرق حوالي ساعة واحدة فقط. لكن وفقًا للساعة ، التي ستكون بعيدة عن الثقب الأسود ، فإن السقوط الحر للجسم في مجاله سوف يمتد بمرور الوقت إلى ما لا نهاية. كلما اقترب الجسم الساقط من نصف قطر الجاذبية ، كلما كانت هذه الرحلة أبطأ للمراقب البعيد. أي جسم يُلاحَظ من بعيد سيقترب من نصف قطر الجاذبية إلى أجل غير مسمى ولن يصل إليه أبدًا. وعلى مسافة معينة من هذا الشعاع ، يتجمد الجسم إلى الأبد - بالنسبة لمراقب خارجي ، توقف الوقت ، تمامًا كما تظهر اللحظة المتجمدة لسقوط الجسم على إطار التجميد.

إن مفاهيم المكان والزمان التي تمت صياغتها في نظرية النسبية لأينشتاين هي الأكثر اتساقًا إلى حد بعيد. لكنها عيانية ، لأنها تستند إلى تجربة دراسة الأشياء العيانية ، والمسافات الكبيرة والفترات الزمنية الطويلة. عند بناء نظريات تصف ظاهرة العالم المصغر ، تم نقل هذه الصورة الهندسية ، بافتراض استمرارية المكان والزمان (استمرارية المكان والزمان) ، إلى منطقة جديدة دون أي تغييرات. لا توجد بيانات تجريبية تتعارض مع تطبيق نظرية النسبية في العالم المصغر. لكن تطوير نظريات الكم قد يتطلب مراجعة الأفكار حول المكان والزمان الماديين.

حتى الآن ، يتحدث بعض العلماء عن إمكانية وجود كم من الفضاء ، الطول الأساسي L. من خلال تقديم هذا المفهوم ، سيكون العلم قادرًا على تجنب العديد من صعوبات نظريات الكم الحديثة. إذا تم تأكيد وجود هذا الطول ، فسيصبح ثابتًا أساسيًا آخر في الفيزياء. إن وجود كمية من الفضاء يعني أيضًا وجود مقدار من الوقت يساوي L / C ، مما يحد من دقة تحديد الفترات الزمنية.

تعتبر النظرية العامة للنسبية الأطر المرجعية غير بالقصور الذاتي وتؤكد إمكانية تعريفها بأخرى بالقصور الذاتي (في وجود مجال الجاذبية). يصوغ أينشتاين جوهر المبدأ الرئيسي لهذه النظرية على النحو التالي: "جميع الأطر المرجعية متكافئة لوصف الطبيعة (صياغة قوانينها العامة) ، في أي حالة حركتها." بتعبير أدق ، يقول المبدأ العام للنسبية أن أي قانون فيزيائي صحيح وقابل للتطبيق على حد سواء في الأطر المرجعية غير بالقصور الذاتي في وجود مجال الجاذبية ، وفي الأطر المرجعية بالقصور الذاتي ، ولكن في غيابه.

عواقب النظرية النسبية العامة:

1. تعد مساواة الكتلة بالقصور الذاتي والجاذبية إحدى النتائج المهمة للنسبية العامة ، التي تعتبر جميع الأطر المرجعية ، وليس الإطارات القصورية فقط ، متكافئة.

2. يشير انحناء الحزمة الضوئية في مجال الجاذبية إلى أن سرعة الضوء في هذا المجال لا يمكن أن تكون ثابتة ، ولكنها تتغير في الاتجاه من مكان إلى آخر.

3. دوران المدار الإهليلجي للكواكب التي تدور حول الشمس (على سبيل المثال ، يبلغ عطارد 43 درجة في القرن).

4. تباطؤ الوقت في مجال الجاذبية للأجسام الضخمة أو فائقة الكثافة.

5. تغيير تردد الضوء أثناء تحركه في مجال الجاذبية.

النتيجة الأكثر أهمية للنسبية العامة هي إنشاء اعتماد خصائص الزمكان للعالم المحيط على موقع وكثافة كتل الجاذبية.

في الختام ، نلاحظ أن عددًا من استنتاجات النظرية العامة للنسبية تختلف نوعياً عن استنتاجات نظرية الجاذبية النيوتونية. يرتبط أهمها بوجود الثقوب السوداء ، وتفردات الزمكان (الأماكن التي ينتهي فيها رسميًا ، وفقًا للنظرية ، وجود الجسيمات والحقول بالشكل المعتاد المعروف لنا) ووجود الجاذبية. موجات (إشعاع الجاذبية). ترجع حدود نظرية الجاذبية العامة لأينشتاين إلى حقيقة أن هذه النظرية ليست كمومية. ويمكن اعتبار موجات الجاذبية كتيار من كوانتا - جرافيتونات معينة.

لم يتم العثور على قيود أخرى على قابلية تطبيق نظرية النسبية ، على الرغم من أنه قد تم اقتراحه مرارًا وتكرارًا أنه على مسافات صغيرة جدًا ، قد لا يكون مفهوم حدث النقطة ، وبالتالي نظرية النسبية ، قابلين للتطبيق. تستند نظريات الكم الحديثة للتفاعلات الأساسية (التفاعلات الكهرومغناطيسية والضعيفة والقوية) بدقة على هندسة الزمكان في نظرية النسبية. من بين هذه النظريات ، تم اختبار الديناميكا الكهربية الكمومية للبتونات بأعلى دقة. التجارب التي استخدمت لإثبات نظرية النسبية في العقود الأولى من وجودها تكررت بشكل متكرر وبدقة عالية. الآن مثل هذه التجارب ذات أهمية تاريخية بشكل رئيسي ، حيث أن الجزء الرئيسي من الأدلة للنظرية النسبية العامة هو البيانات المتعلقة بتفاعلات الجسيمات الأولية النسبية.

النظرية العامة للنسبية ، جنبًا إلى جنب مع النظرية النسبية الخاصة ، هي العمل الرائع لألبرت أينشتاين ، الذي حول في بداية القرن العشرين وجهة نظر علماء الفيزياء إلى العالم. بعد مائة عام ، أصبحت النسبية العامة أهم وأهم نظرية للفيزياء في العالم ، ومع ميكانيكا الكم تدعي أنها واحدة من حجر الزاوية في "نظرية كل شيء". تصف النظرية العامة للنسبية الجاذبية كنتيجة لانحناء الزمكان (مجتمعة في كل واحد في النسبية العامة) تحت تأثير الكتلة. بفضل النسبية العامة ، استنتج العلماء العديد من الثوابت ، واختبروا مجموعة من الظواهر غير المبررة ، وتوصلوا إلى أشياء مثل الثقوب السوداء ، والمادة المظلمة ، والطاقة المظلمة ، وتمدد الكون ، والانفجار العظيم ، وغير ذلك الكثير. اعتراض GTR أيضًا على سرعة الضوء ، وبالتالي حبسنا حرفيًا في منطقتنا (النظام الشمسي) ، لكنه ترك ثغرة في شكل ثقوب دودية - مسارات قصيرة ممكنة عبر الزمكان.

شكك موظف في جامعة RUDN وزملاؤه البرازيليون في مفهوم استخدام الثقوب الدودية المستقرة كبوابات إلى نقاط مختلفة في الزمكان. نُشرت نتائج أبحاثهم في مجلة Physical Review D. - وهي كليشيهات شائعة جدًا في الخيال العلمي. الثقب الدودي ، أو "الثقب الدودي" ، هو نوع من النفق الذي يربط نقاطًا بعيدة في الفضاء ، أو حتى كونين ، عن طريق تقويس الزمكان.

تصف المقالة نظرية النسبية لأينشتاين بدون أي صيغ وكلمات غامضة

لقد سمع الكثير منا عن نظرية النسبية لألبرت أينشتاين ، لكن البعض منا لا يستطيع فهم معنى هذه النظرية. بالمناسبة ، هذه هي النظرية الأولى في التاريخ التي تأخذنا بعيدًا عن النظرة العالمية المعتادة. دعنا نتحدث عنها بعبارات بسيطة. لقد اعتدنا جميعًا على الإدراك ثلاثي الأبعاد: المستوى الرأسي والأفقي والعمق. إذا تم إضافة الوقت هنا واعتباره الكمية الرابعة ، فسنحصل على مساحة رباعية الأبعاد. هذا يرجع إلى حقيقة أن الوقت هو أيضًا قيمة نسبية. لذلك كل شيء في عالمنا نسبي. ماذا يعني ذلك؟ على سبيل المثال ، لنأخذ شقيقين توأمين ، ونرسل أحدهما إلى الفضاء بسرعة الضوء لمدة 20 عامًا ، ونترك الآخر على الأرض. عندما يعود التوأم الأول من الفضاء ، سيكون أصغر بعشرين عامًا من الشخص الذي بقي على الأرض. هذا يرجع إلى حقيقة أنه حتى الوقت نسبي في عالمنا ، مثل كل شيء آخر. عندما يقترب جسم من سرعة الضوء ، يتباطأ الوقت. عندما تكون السرعة مساوية لسرعة الضوء ، يتوقف الوقت تمامًا. من هذا يمكننا أن نستنتج - إذا تجاوزت سرعة الضوء ، فسيعود الوقت ، أي إلى الماضي.

هذا كل شيء من الناحية النظرية ، ولكن ماذا عن الممارسة؟ من المستحيل الاقتراب من سرعة الضوء ، بل والأكثر من ذلك تجاوزها. فيما يتعلق بسرعة الضوء ، فإنها تظل دائمًا ثابتة. على سبيل المثال ، يقف شخص على منصة المحطة ، والآخر يركب القطار في اتجاهه. إذا كان الشخص الذي يقف على المنصة يضيء بمصباح يدوي ، فإن الضوء منه سوف ينتقل بسرعة 300000 كيلومتر في الثانية. إذا كان الشخص الذي يركب في القطار يضيء أيضًا بمصباح يدوي ، فلن تزداد سرعة ضوءه بسبب سرعة القطار ، فهي دائمًا تساوي 300000 كيلومتر في الثانية.

لماذا لا يزال من المستحيل تجاوز سرعة الضوء؟ الحقيقة هي أنه عند الاقتراب من سرعة مساوية لسرعة الضوء ، تزداد كتلة الجسم ، وتزداد الطاقة اللازمة لحركة الجسم وفقًا لذلك. إذا تم الوصول إلى سرعة الضوء ، فستكون كتلة الجسم غير محدودة ، من حيث المبدأ ، الطاقة ، لكن هذا مستحيل. فقط الأشياء التي ليس لها كتلتها الخاصة يمكنها التحرك بسرعة الضوء ، وهذا الجسم هو الضوء على وجه التحديد.

بالإضافة إلى ذلك ، تشارك الجاذبية في هذه المسألة ، ويمكن أن تغير الوقت. وفقًا للنظرية ، كلما زادت الجاذبية ، كان تدفق الوقت أبطأ. لكن هذا كله من الناحية النظرية ، ولكن ماذا عن الممارسة؟ إن أنظمة الملاحة الحديثة المرتبطة بالأقمار الصناعية دقيقة للغاية لهذا السبب. إذا لم يأخذوا في الاعتبار نظرية النسبية ، فإن الفرق في القياسات يمكن أن يكون في حدود عدة كيلومترات.

"ما هي نظرية النسبية؟" - فيلم علمي شعبي قصير أخرجه سيميون رايتبرت في الجمعية الإبداعية الثانية لاستوديو موسناوتشفيلم السينمائي عام 1964.

عقل الملك الجديد [في الكمبيوتر والتفكير وقوانين الفيزياء] روجر بنروز

نظرية النسبية العامة لأينشتاين

لنتذكر الحقيقة العظيمة التي اكتشفها جاليليو: كل الأجسام تسقط بسرعة متساوية تحت تأثير الجاذبية. (كان هذا تخمينًا رائعًا ، بالكاد مدعومًا ببيانات تجريبية ، لأنه بسبب مقاومة الهواء ، لا يزال الريش والأحجار يتساقطان بشكل غير مستقر. الوقت ذاته! أدرك جاليليو فجأة أنه إذا أمكن تقليل مقاومة الهواء إلى الصفر ، فإن الريش والحجارة قد يسقط على الأرض في نفس الوقت.) لقد استغرق الأمر ثلاثة قرون قبل أن تتحقق الأهمية العميقة لهذا الاكتشاف حقًا وأصبح حجر الزاوية لنظرية عظيمة. أنا أشير إلى نظرية النسبية العامة لأينشتاين - وصف مذهل للجاذبية ، والتي ، كما سنكون واضحين قريبًا ، تطلبت إدخال المفهوم الزمكان المنحني !

ما علاقة اكتشاف جاليليو البديهي بفكرة "انحناء الزمكان"؟ كيف يمكن أن يكون هذا المفهوم ، الذي يختلف بشكل واضح عن مخطط نيوتن ، والذي وفقًا له يتم تسريع الجسيمات تحت تأثير قوى الجاذبية العادية ، لم يكن قادرًا فقط على مساواة دقة الوصف مع نظرية نيوتن ، ولكن أيضًا تجاوزها؟ وبعد ذلك ، ما مدى صحة القول بوجود شيء ما في اكتشاف جاليليو لم يكن لدي أدرجت لاحقًا في النظرية النيوتونية؟

اسمحوا لي أن أبدأ بالسؤال الأخير لأنه أسهل سؤال يمكن الإجابة عليه. ما الذي يتحكم ، وفقًا لنظرية نيوتن ، في تسارع الجسم تحت تأثير الجاذبية؟ أولاً ، تؤثر قوة الجاذبية على الجسم. قوة ، والتي ، وفقًا لقانون الجاذبية الكونية لنيوتن ، يجب أن تكون كذلك يتناسب مع وزن الجسم. ثانياً ، مقدار التسارع الذي يمر به الجسم تحت تأثير معطى القوة ، وفقًا لقانون نيوتن الثاني ، يتناسب عكسيا مع وزن الجسم. يعتمد اكتشاف جاليليو المذهل على حقيقة أن "الكتلة" التي تدخل قانون نيوتن للجاذبية الكونية هي ، في الواقع ، نفس "الكتلة" التي تدخل قانون نيوتن الثاني. (بدلاً من "نفس" يمكن للمرء أن يقول "متناسب".) ونتيجة لذلك ، فإن تسارع الجسم تحت تأثير الجاذبية لا تعتمد من كتلته. لا يوجد شيء في مخطط نيوتن العام يشير إلى أن كلا مفهومي الكتلة متماثلان. هذا تشابه نيوتن فقط يفترض. في الواقع ، تتشابه القوى الكهربائية مع قوى الجاذبية من حيث أن كلاهما يتناسب عكسيًا مع مربع المسافة ، لكن القوى الكهربائية تعتمد على الشحنة الكهربائية، والتي لها طبيعة مختلفة تمامًا عن وزنفي قانون نيوتن الثاني. لن ينطبق "الاكتشاف الحدسي لغاليليو" على القوى الكهربائية: حول الأجسام (الأجسام المشحونة) التي يتم إلقاؤها في مجال كهربائي ، لا يمكن للمرء أن يقول إنها "تسقط" بنفس السرعة!

فقط لفترة من الوقت قبولاكتشاف جاليليو البديهي فيما يتعلق بالحركة تحت تأثير الجاذبيةومحاولة معرفة العواقب التي تؤدي إليها. تخيل أن غاليليو ألقى حجرين من برج بيزا المائل. لنفترض أن كاميرا الفيديو مثبتة بإحكام على أحد الأحجار وموجهة نحو حجر آخر. ثم يتم تصوير الموقف التالي في الفيلم: الحجر يحلق في الفضاء ، كما لو لا تعانيالجاذبية (الشكل 5.23)! ويحدث هذا تحديدًا لأن جميع الأجسام الواقعة تحت تأثير الجاذبية تسقط بنفس السرعة.

أرز. 5.23.قام جاليليو برمي حجرين (وكاميرا فيديو) من برج بيزا المائل

في الصورة أعلاه ، نهمل مقاومة الهواء. في الوقت الحاضر ، توفر لنا الرحلات الفضائية أفضل فرصة لاختبار هذه الأفكار ، حيث لا يوجد هواء في الفضاء الخارجي. بالإضافة إلى ذلك ، فإن "السقوط" في الفضاء الخارجي يعني ببساطة التحرك في مدار معين تحت تأثير الجاذبية. مثل هذا "السقوط" لا يجب بالضرورة أن يحدث في خط مستقيم لأسفل - إلى مركز الأرض. قد تحتوي على بعض المكونات الأفقية. إذا كان هذا المكون الأفقي كبيرًا بما يكفي ، فيمكن أن "يسقط" الجسم في مدار دائري حول الأرض دون الاقتراب من سطحه! السفر في مدار أرضي حر تحت تأثير الجاذبية طريقة معقدة للغاية (ومكلفة للغاية!) "للسقوط". كما في الفيديو الموصوف أعلاه ، يرى رائد فضاء ، وهو يقوم "بالسير في الفضاء الخارجي" ، سفينته الفضائية تحوم أمامه ، وكما كانت ، لا تختبر حركة الجاذبية من كرة الأرض الضخمة تحته! (انظر الشكل 5.24). وهكذا ، بالتمرير إلى "الإطار المرجعي المتسارع" للسقوط الحر ، يمكن للمرء أن يستبعد محليًا تأثير الجاذبية.

أرز. 5.24.رائد فضاء يرى سفينته الفضائية تحوم أمامه وكأنها غير متأثرة بالجاذبية.

نرى أن السقوط الحر يسمح استبعادالجاذبية لأن تأثير تأثير مجال الجاذبية هو نفسه تأثير التسارع. في الواقع ، إذا كنت في مصعد يتحرك مع تسارع لأعلى ، فإنك تشعر فقط أن مجال الجاذبية الظاهري يتزايد ، وإذا كان المصعد يتحرك مع تسارع لأسفل ، ثم يبدو أن مجال الجاذبية يتناقص. إذا انكسر الكبل الذي تم تعليق السيارة عليه ، فعندئذ (إذا أهملنا مقاومة الهواء وتأثيرات الاحتكاك) فإن التسارع الناتج الموجه لأسفل (نحو مركز الأرض) سيدمر تأثير الجاذبية تمامًا ، والأشخاص الذين وجدوا أنفسهم في سيارة المصعد ستبدأ في الطفو بحرية في الفضاء ، مثل رائد الفضاء في السير في الفضاء ، حتى تصطدم المقصورة بالأرض! حتى في القطار أو على متن طائرة ، يمكن أن تكون التسارع بحيث أن إحساس الراكب بحجم واتجاه الجاذبية قد لا يتطابق مع حيث تظهر التجربة العادية "لأعلى" و "لأسفل". ويفسر ذلك حقيقة أن أفعال التسارع والجاذبية مماثللدرجة أن حواسنا غير قادرة على تمييز أحدهما عن الآخر. هذه الحقيقة - أن المظاهر المحلية للجاذبية تعادل المظاهر المحلية لإطار مرجعي متسارع - هي ما أسماه أينشتاين مبدأ التكافؤ .

الاعتبارات المذكورة أعلاه "محلية". ولكن إذا سمح بإجراء قياسات (ليس فقط محلية) بدقة عالية بما فيه الكفاية ، فمن الممكن من حيث المبدأ تحديد فرقبين مجال الجاذبية "الحقيقي" والتسارع الخالص. على التين. 5 25 لقد صورت بطريقة مبالغ فيها بعض الشيء كيف أن تكوينًا كرويًا ثابتًا في البداية للجسيمات ، يقع بحرية تحت تأثير الجاذبية ، يبدأ في التشوه تحت تأثير عدم التجانس(نيوتن) مجال الجاذبية.

أرز. 5.25.تأثير المد والجزر. تشير الأسهم المزدوجة إلى تسارع نسبي (WEIL)

هذا المجال غير متجانس من ناحيتين. أولاً ، نظرًا لأن مركز الأرض يقع على مسافة محدودة من الجسم الساقط ، فإن الجسيمات الموجودة بالقرب من سطح الأرض تتحرك نحو الأسفل مع تسارع أكبر من الجسيمات الموجودة أعلاه (تذكر قانون نيوتن للتناسب العكسي مع مربع مسافة نيوتن). ثانيًا ، لنفس السبب ، هناك اختلافات طفيفة في اتجاه التسارع للجسيمات التي تشغل مواقع أفقية مختلفة. بسبب عدم التجانس هذا ، يبدأ الشكل الكروي في التشوه قليلاً ، ويتحول إلى "إهليلجي". الكرة الأصلية ممدودة باتجاه مركز الأرض (وأيضًا في الاتجاه المعاكس) ، لأن الأجزاء الأقرب لمركز الأرض تتحرك بسرعة أكبر قليلاً من تلك الأجزاء البعيدة عن مركز الأرض. الأرض ، وتضيق أفقيًا ، نظرًا لأن تسارعات أجزائها الواقعة في نهايات القطر الأفقي مائلة قليلاً "إلى الداخل" - باتجاه مركز الأرض.

يُعرف هذا الإجراء المشوه باسم تأثير المد والجزرالجاذبية. إذا استبدلنا مركز الأرض بالقمر ، واستبدلنا مجال جزيئات المواد بسطح الأرض ، نحصل على وصف دقيق لعمل القمر ، الذي تسبب في حدوث المد والجزر على الأرض ، مع تشكيل "حدبات" باتجاه القمر وبعيدا عن القمر. تأثير المد والجزر هو سمة مشتركة لحقول الجاذبية التي لا يمكن "القضاء عليها" بالسقوط الحر. يعمل تأثير المد والجزر كمقياس لعدم تجانس مجال الجاذبية النيوتوني. (مقدار الاعوجاج المد والجزر يتناقص في الواقع مع المكعب العكسي ، وليس مع مربع المسافة من مركز الثقل).

قانون الجذب العام لنيوتن ، والذي بموجبه تتناسب القوة عكسياً مع مربع المسافة ، كما اتضح ، يمكن تفسيره بسهولة من حيث تأثير المد والجزر: الصوت الشكل الإهليلجي الذي يتشوه فيه الكرة في البداية ، يساوي حجم الكرة الأصلية - بافتراض أن الكرة تحيط بالفراغ. خاصية حفظ الحجم هذه هي سمة من سمات قانون التربيع العكسي ؛ لا تنطبق على أي قوانين أخرى. افترض كذلك أن الكرة الأصلية محاطة ليس بالفراغ ، ولكن بكمية معينة من المادة بكتلة إجمالية م . ثم هناك عنصر تسارع إضافي موجه داخل الكرة بسبب جاذبية المادة داخل الكرة. حجم الشكل الإهليلجي الذي يتشوه فيه مجال جسيمات المادة في البداية ، تقلص- بالمبلغ متناسب م . سنواجه مثالًا لتأثير تقليص حجم الشكل الإهليلجي إذا اخترنا الكرة بحيث تحيط بالأرض على ارتفاع ثابت (الشكل 5.26). ومن ثم فإن التسارع المعتاد بسبب الجاذبية والموجه نحو الأسفل (أي داخل الأرض) سيكون السبب الحقيقي وراء تقلص حجم الكرة.

أرز. 5.26.عندما تحيط كرة ببعض المواد (في هذه الحالة ، الأرض) ، يكون هناك تسارع صافٍ موجه نحو الداخل (RICCI)

في خاصية تقلص الحجم هذه يكمن ما تبقى من قانون نيوتن للجاذبية الكونية ، أي أن القوة تتناسب مع الكتلة. جذبهيئة.

دعنا نحاول الحصول على صورة زمكان لمثل هذا الموقف. على التين. في الشكل 5.27 ، قمت برسم الخطوط العالمية لجزيئات سطحنا الكروي (ممثلة بدائرة في الشكل 5.25) ، واستخدمت لوصف الإطار المرجعي الذي تبدو فيه النقطة المركزية للكرة وكأنها في حالة سكون ("السقوط الحر").

أرز. 5.27.انحناء الزمكان: تأثير المد والجزر في الزمكان

موقف النسبية العامة هو اعتبار السقوط الحر "حركة طبيعية" - مماثلة لـ "الحركة المستقيمة المنتظمة" التي يتم التعامل معها في غياب الجاذبية. هكذا نحن محاولةوصف السقوط الحر بخطوط العالم "المستقيمة" في الزمكان! ولكن إذا نظرتم إلى الشكل. 5.27 ، يصبح من الواضح أن الاستخدام الكلمات "الخطوط المستقيمة" فيما يتعلق بهذه الخطوط العالمية يمكن أن تضلل القارئ ، لذلك ، لأغراض المصطلحات ، سوف نسمي الخطوط العالمية للجسيمات المتساقطة بحرية في الزمكان - الجيوديسية .

لكن ما مدى جودة هذه المصطلحات؟ ما هو المفهوم الشائع للخط "الجيوديسي"؟ ضع في اعتبارك تشبيهًا لسطح منحني ثنائي الأبعاد. الجيوديسيا هي تلك المنحنيات التي تكون على سطح معين (محليًا) بمثابة "أقصر المسارات". بمعنى آخر ، إذا تخيلنا قطعة من الخيط ممتدة على سطح معين (وليس طويلاً بحيث لا يمكن أن تنزلق) ، فسيتم وضع الخيط على طول بعض الخطوط الجيوديسية على السطح.

أرز. 5.28.الخطوط الجيوديسية في الفضاء المنحني: تتلاقى الخطوط في الفضاء بانحناء إيجابي وتتباعد في الفضاء بانحناء سلبي

على التين. 5.28 أعطيت مثالين على الأسطح: الأول (على اليسار) هو سطح ما يسمى "الانحناء الموجب" (مثل سطح الكرة) ، والثاني هو سطح "الانحناء السلبي" (سطح السرج). على سطح الانحناء الموجب ، يبدأ خطان جيوديسيا متجاوران يبدأان بالتوازي مع بعضهما البعض من نقطتي البداية في الانحناء بعد ذلك من اتجاهبعضهم البعض؛ وعلى سطح الانحناء السالب ينحنيون فيه الجوانبمن بعضهما البعض.

إذا تخيلنا أن الخطوط العالمية للجسيمات المتساقطة بحرية تتصرف بمعنى ما كخطوط جيوديسية على سطح ما ، فقد اتضح أن هناك تشابهًا وثيقًا بين تأثير المد الجاذبي الذي نوقش أعلاه وتأثيرات انحناء السطح - وكإيجابي. انحناء، لذا نفي. نلقي نظرة على التين. 5.25 ، 5.27. نرى أن الخطوط الجيوديسية تبدأ في زمكاننا تشعبفي اتجاه واحد (عندما "يصطفون" تجاه الأرض) - كما يحدث على السطح نفيانحناء في الشكل. 5.28 - و يقتربفي اتجاهات أخرى (عندما تتحرك أفقيًا بالنسبة إلى الأرض) - كما هو الحال على السطح إيجابيانحناء في الشكل. 5.28. وبالتالي ، يبدو أن الزمكان لدينا ، مثل الأسطح المذكورة أعلاه ، له أيضًا "انحناء" ، ولكنه أكثر تعقيدًا فقط ، لأنه نظرًا للأبعاد العالية للزمكان ، مع عمليات النزوح المختلفة ، يمكن أن يكون ذا طبيعة مختلطة ، دون أن تكون إيجابية بحتة ، ولا سلبية بحتة.

ويترتب على ذلك أن مفهوم "انحناء" الزمكان يمكن استخدامه لوصف عمل مجالات الجاذبية. تأتي إمكانية استخدام مثل هذا الوصف في النهاية من الاكتشاف البديهي لغاليليو (مبدأ التكافؤ) ويسمح لنا بإزالة "قوة" الجاذبية بمساعدة السقوط الحر. في الواقع ، لا شيء قلته حتى الآن يتجاوز نطاق النظرية النيوتونية. الصورة المرسومة للتو تعطي ببساطة إعادة الصياغةهذه النظرية. ولكن عندما نحاول دمج الصورة الجديدة مع تلك الخاصة بوصف مينكوفسكي للنسبية الخاصة ، فإن هندسة الزمكان التي نعرفها تنطبق على غيابالجاذبية - تلعب الفيزياء الجديدة دورًا. نتيجة هذا المزيج النظرية النسبية العامةاينشتاين.

لنتذكر ما علمنا إياه مينكوفسكي. لدينا (في غياب الجاذبية) الزمكان ، وقد منحنا نوعًا خاصًا من قياس "المسافة" بين النقطتين: إذا كان لدينا في الزمكان خط عالمي يصف مسار بعض الجسيمات ، فإن "المسافة" في يعطي إحساس Minkowski ، المقاس على طول خطوط العالم هذه زمن ، عاشها الجسيم. (في الواقع ، في القسم السابق ، اعتبرنا هذه "المسافة" فقط لتلك الخطوط العالمية التي تتكون من مقاطع مستقيمة - ولكن البيان أعلاه ينطبق أيضًا على خطوط العالم المنحنية ، إذا تم قياس "المسافة" على طول منحنى.) تعتبر هندسة مينكوفسكي دقيقة إذا لم يكن هناك مجال جاذبية ، أي إذا لم يكن للزمكان أي انحناء. لكن في وجود الجاذبية ، فإننا نعتبر هندسة مينكوفسكي تقريبية فقط - تمامًا كما أن السطح المسطح يتوافق فقط تقريبًا مع هندسة السطح المنحني. لنتخيل أنه أثناء دراسة السطح المنحني ، نأخذ مجهرًا ، والذي يعطي تكبيرًا متزايدًا - بحيث تبدو هندسة السطح المنحني أكثر وأكثر تمددًا. في هذه الحالة ، سوف يظهر السطح لنا أكثر وأكثر مسطحة. لذلك ، نقول أن السطح المنحني له البنية المحلية للمستوى الإقليدي. بالطريقة نفسها ، يمكننا القول أنه في وجود الجاذبية ، الزمكان محليا تم وصفه بواسطة هندسة Minkowski (وهي هندسة الزمكان المسطح) ، لكننا نسمح ببعض "الانحناء" على المقاييس الأكبر (الشكل 5.29).

أرز. 5.29.صورة منحنى الزمكان

على وجه الخصوص ، كما في فضاء مينكوفسكي ، فإن أي نقطة في الزمكان هي قمة الرأس مخروط خفيف- ولكن في هذه الحالة ، لم تعد هذه الأقماع الضوئية موجودة بالطريقة نفسها. في الفصل السابع ، سوف نتعرف على النماذج الفردية للزمكان حيث يكون عدم التجانس في ترتيب المخاريط الضوئية مرئيًا بوضوح (انظر الشكل 7.13 ، 7.14). يتم دائمًا توجيه الخطوط العالمية لجزيئات المواد داخل المخاريط الضوئية وخطوط الفوتونات - على طول المخاريط الخفيفة. على طول أي منحنى من هذا القبيل ، يمكننا تقديم "المسافة" بمعنى مينكوفسكي ، والتي تعمل كمقياس للوقت الذي تعيشه الجسيمات بنفس الطريقة كما في فضاء مينكوفسكي. كما هو الحال مع السطح المنحني ، يحدد مقياس "المسافة" هذا الهندسة، والتي قد تختلف عن هندسة المستوى.

يمكن الآن إعطاء الخطوط الجيوديسية في الزمكان تفسيرًا مشابهًا لتفسير الخطوط الجيوديسية على الأسطح ثنائية الأبعاد ، مع مراعاة الاختلافات بين هندسي مينكوفسكي وإقليدس. وبالتالي ، فإن خطوطنا الجيوديسية في الزمكان ليست أقصر منحنيات (محليًا) ، بل على العكس ، منحنيات (محليًا) تحقيق أقصى قدر"المسافة" (أي الوقت) على طول خط العالم. خطوط العالم من الجسيمات تتحرك بحرية تحت تأثير الجاذبية ، وفقًا لهذه القاعدة ، هي بالفعل نكونالجيوديسية. على وجه الخصوص ، الأجرام السماوية التي تتحرك في مجال الجاذبية موصوفة جيدًا بخطوط جيوديسية مماثلة. بالإضافة إلى ذلك ، تعمل أشعة الضوء (خطوط عالم الفوتون) في الفضاء الفارغ كخطوط جيوديسية ، ولكن هذه المرة - لا شيء"الطول". كمثال ، لقد رسمت بشكل تخطيطي في الشكل. 5.30 خطوط عالمية للأرض والشمس. توصف حركة الأرض حول الشمس بخط "مفتاح" يلتف حول خط العالم للشمس. في نفس المكان ، صورت فوتونًا قادمًا إلى الأرض من نجم بعيد. يبدو خطها العالمي "منحنيًا" قليلاً بسبب حقيقة أن الضوء (وفقًا لنظرية أينشتاين) ينحرف فعليًا عن طريق مجال جاذبية الشمس.

أرز. 5.30خطوط العالم للأرض والشمس. تنحرف شعاع الضوء القادم من نجم بعيد بفعل الشمس

ما زلنا بحاجة إلى معرفة كيف يمكن دمج قانون التربيع العكسي لنيوتن (بعد التعديل المناسب) في نظرية النسبية العامة لأينشتاين. دعونا ننتقل مرة أخرى إلى مجالنا من جزيئات المواد التي تسقط في مجال الجاذبية. تذكر أنه إذا كان الفراغ محاطًا فقط داخل الكرة ، فعندئذٍ ، وفقًا لنظرية نيوتن ، لا يتغير حجم الكرة في البداية ؛ ولكن إذا كان داخل الكرة توجد مادة بكتلة إجمالية م ، ثم هناك انخفاض في الحجم يتناسب مع م . في نظرية أينشتاين (بالنسبة للكرة الصغيرة) ، القواعد هي نفسها تمامًا ، باستثناء أنه لا يتم تحديد كل التغييرات في الحجم بواسطة الكتلة م ؛ هناك مساهمة (صغيرة جدًا في العادة) من الضغطتنشأ في المادة التي تحيط بها الكرة.

يتم إعطاء التعبير الرياضي الكامل لانحناء الزمكان رباعي الأبعاد (والذي يجب أن يصف تأثيرات المد والجزر للجسيمات التي تتحرك في أي نقطة معينة في جميع الاتجاهات الممكنة) من خلال ما يسمى موتر انحناء ريمان . هذا كائن معقد إلى حد ما ؛ لوصفها ، من الضروري الإشارة إلى عشرين رقمًا حقيقيًا في كل نقطة. هذه الأرقام العشرون تسمى له عناصر . تتوافق المكونات المختلفة مع انحناءات مختلفة في اتجاهات مختلفة من الزمكان. عادة ما يتم كتابة موتر انحناء ريمان كـ ص tjkl، ولكن بما أنني لا أرغب في شرح ما تعنيه هذه المؤشرات الفرعية هنا (وبالطبع ، ما هو الموتر) ، فسأكتبه ببساطة على النحو التالي:

ريمان .

هناك طريقة لتقسيم هذا الموتر إلى جزأين ، يسمى ، على التوالي ، موتر ويل والموتر ريتشي (كل منها يحتوي على عشرة مكونات). تقليديًا ، سأكتب هذا القسم مثل هذا:

ريمان = ويل + ريتشي .

(السجل التفصيلي لموترات Weyl و Ricci غير ضروري تمامًا لأغراضنا الآن.) ويل بمثابة مقياس تشوه المد والجزرمجالنا من الجسيمات المتساقطة بحرية (أي التغييرات في الشكل الأولي ، وليس الحجم) ؛ بينما موتر ريتشي ريتشي بمثابة مقياس للتغيير في الحجم الأولي. تذكر أن نظرية الجاذبية النيوتونية تتطلب ذلك وزن المتضمن داخل الكرة الساقطة كان متناسبًا مع هذا التغيير في الحجم الأصلي. هذا يعني ، تقريبًا ، الكثافة الجماهير مسألة - أو كثافة مكافئة طاقة (لان ه = مولودية 2 ) - يتبع تعادل موتر ريتشي.

بشكل أساسي ، هذا هو بالضبط معادلات المجال لحالة النسبية العامة ، وهي - معادلات مجال أينشتاين . صحيح ، هناك بعض التفاصيل الفنية الدقيقة هنا ، والتي ، مع ذلك ، من الأفضل لنا عدم الخوض فيها الآن. يكفي أن نقول أن هناك شيئًا يسمى موترًا زخم الطاقة ، والتي تجمع جميع المعلومات الأساسية حول الطاقة والضغط والزخم للمادة والمجالات الكهرومغناطيسية. سأسمي هذا موتر طاقة . ثم يمكن تمثيل معادلات أينشتاين بشكل تخطيطي للغاية بالشكل التالي ،

ريتشي = طاقة .

(إنه وجود "ضغط" في الموتر طاقة جنبًا إلى جنب مع متطلبات معينة لاتساق المعادلات ككل مع الحاجة إلى مراعاة الضغط في تأثير تقليل الحجم الموصوف أعلاه.)

يبدو أن العلاقة أعلاه لا تقول شيئًا عن موتر Weyl. ومع ذلك ، فإنه يعكس خاصية واحدة مهمة. تأثير المد والجزر الناتج في الفضاء الفارغ يرجع إلى ويليم . في الواقع ، يترتب على وجود معادلات آينشتاين المذكورة أعلاه التفاضليهالمعادلات المتعلقة ويل مع طاقة - تقريبًا كما في معادلات ماكسويل التي واجهناها سابقًا. في الواقع ، وجهة النظر التي ويل يجب اعتباره نوعًا من نظير الجاذبية للمجال الكهرومغناطيسي (في الواقع ، موتر - موتر ماكسويل) الموصوف من قبل الزوج ( ه , في ) يبدو مثمرًا جدًا. في هذه الحالة ويل بمثابة نوع من قياس مجال الجاذبية. "المصدر" لـ ويل هو طاقة - فقط كمصدر للمجال الكهرومغناطيسي ( ه , في ) هو ( ? , ي ) - مجموعة من الرسوم والتيارات في نظرية ماكسويل. ستكون وجهة النظر هذه مفيدة لنا في الفصل السابع.

قد يبدو من المدهش تمامًا أنه مع وجود مثل هذه الاختلافات المهمة في الصياغة والأفكار الأساسية ، فقد تبين أنه من الصعب جدًا العثور على اختلافات ملحوظة بين نظريات أينشتاين والنظرية التي طرحها نيوتن قبل قرنين ونصف القرن. ولكن إذا كانت السرعات قيد النظر صغيرة مقارنة بسرعة الضوء مع ، وحقول الجاذبية ليست قوية جدًا (بحيث تكون سرعة الهروب أقل بكثير مع ، انظر الفصل السابع ، "ديناميكيات جاليليو ونيوتن") ، فإن نظرية أينشتاين تعطي أساسًا نفس النتائج مثل نظرية نيوتن. لكن في المواقف التي تتباعد فيها تنبؤات هاتين النظريتين ، تصبح تنبؤات نظرية أينشتاين أكثر دقة. حتى الآن ، تم إجراء عدد من الاختبارات التجريبية المثيرة للإعجاب ، والتي تتيح لنا اعتبار نظرية أينشتاين الجديدة راسخة. الساعات ، وفقًا لأينشتاين ، تعمل بشكل أبطأ قليلاً في مجال الجاذبية. تم الآن قياس هذا التأثير بشكل مباشر بعدة طرق. تنحني إشارات الضوء والراديو بالقرب من الشمس وتتأخر قليلاً بالنسبة للمراقب الذي يتجه نحوها. هذه التأثيرات ، التي تنبأت بها النظرية العامة للنسبية ، تم تأكيدها الآن من خلال التجربة. تتطلب حركة المجسات الفضائية والكواكب تصحيحات صغيرة لمدارات نيوتن ، على النحو التالي من نظرية أينشتاين - تم التحقق من هذه التصحيحات تجريبيًا الآن. (على وجه الخصوص ، الشذوذ في حركة كوكب عطارد ، والمعروف باسم "انزياح الحضيض" ، والذي أزعج علماء الفلك منذ عام 1859 ، أوضحه أينشتاين في عام 1915). اتصل نابض مزدوج، والتي تتكون من نجمين صغيرين ضخمين (ربما "نجمان نيوترونيان" ، انظر الفصل 7 "الثقوب السوداء"). تتوافق هذه السلسلة من الملاحظات بشكل جيد مع نظرية أينشتاين وتعمل كاختبار مباشر لتأثير غائب تمامًا في نظرية نيوتن - الانبعاث موجات الجاذبية. (موجة الجاذبية هي نظير للموجة الكهرومغناطيسية وتنتشر بسرعة الضوء مع .) لا توجد ملاحظات موثقة تتعارض مع نظرية النسبية العامة لأينشتاين. على الرغم من كل غرابتها (للوهلة الأولى) ، فإن نظرية أينشتاين تعمل حتى يومنا هذا!

من كتاب العلوم والفلسفة الحديثة: طرق البحث الأساسي ووجهات نظر الفلسفة المؤلف كوزنتسوف ب.

من كتاب رقصات ميتكوفسكي مؤلف شينكاريف فلاديمير نيكولايفيتش

النظرية العامة لرقصة ميتكوفو 1. المترجمون الماهرون لم يعد سرا لأي شخص أن الرقص ، أو بالأحرى الرقص ، هو الشكل الأكثر انتشارا للإبداع بين الميتكي. لا يمكن إنكاره. تفسير ظاهرة رقصة ميتكوفو مثير للجدل.

من كتاب العلوم والفلسفة الحديثة: طرق البحث الأساسي ووجهات نظر الفلسفة المؤلف كوزنتسوف ب.

نظرية النسبية وميكانيكا الكم وبداية العصر الذري

من كتاب القاموس الفلسفي للعقل ، المادة ، الأخلاق [أجزاء] بقلم راسل برتراند

107. النسبية العامة كانت النظرية العامة للنسبية - التي نُشرت عام 1915 ، بعد 10 سنوات من ظهور النظرية الخاصة (STR) - أساسًا نظرية هندسية للجاذبية. يمكن اعتبار هذا الجزء من النظرية راسخًا. ومع ذلك ، هي

من كتاب تاريخ موجز للفلسفة [كتاب غير ممل] مؤلف جوسيف دميتري ألكسيفيتش

108. النظرية الخاصة للنسبية تضع النظرية الخاصة لنفسها مهمة جعل قوانين الفيزياء متماثلة فيما يتعلق بأي نظامين إحداثيات يتحركان بالنسبة لبعضهما البعض في خط مستقيم وموحد. هنا كان من الضروري أن تأخذ في الاعتبار

من كتاب عشاق الحكمة [ما يجب أن يعرفه الإنسان الحديث عن تاريخ الفكر الفلسفي] مؤلف جوسيف دميتري ألكسيفيتش

12.1. بسرعة الضوء ... (نظرية النسبية) ارتبط ظهور الصورة العلمية الثانية للعالم بشكل أساسي بتغيير مركزية الأرض إلى مركزية الشمس. لقد تخلت الصورة العلمية الثالثة للعالم عن أي مركزية على الإطلاق. وفقًا للأفكار الجديدة ، أصبح الكون

من كتاب الفيزياء والفلسفة مؤلف هايزنبرغ فيرنر كارل

نظرية النسبية. عند سرعة الضوء ، ارتبط ظهور الصورة العلمية الثانية للعالم في المقام الأول بتغيير مركزية الأرض بواسطة مركزية الشمس. لقد تخلت الصورة العلمية الثالثة للعالم عن أي مركزية على الإطلاق. وفقًا للأفكار الجديدة ، أصبح الكون

من كتاب The Far Future of the Universe [الايمان بالآخرة في المنظور الكوني] بواسطة إليس جورج

سابعا. نظرية النسبية لطالما لعبت نظرية النسبية دورًا مهمًا بشكل خاص في الفيزياء الحديثة. في ذلك ، ولأول مرة ، ظهرت الحاجة إلى تغييرات دورية في المبادئ الأساسية للفيزياء. لذلك فإن مناقشة القضايا التي أثيرت و

من الكتاب مرة ذهب أفلاطون إلى حانة ... فهم الفلسفة من خلال النكات المؤلف كاثكارت توماس

17.2.1. نظرية النسبية العامة لأينشتاين (GR) / Big Bang Cosmology في عام 1915 ، نشر ألبرت أينشتاين معادلات مجال GR المتعلقة بانحناء الزمكان والطاقة الموزعة في الزمكان: R ؟؟ -؟ Rg ؟؟ = 8؟ تي ؟؟. مبسط

من كتاب الفوضى والبنية مؤلف لوسيف أليكسي فيودوروفيتش

17.5.2.3. الوقت المتدفق في الفيزياء: النسبية الخاصة ، النسبية العامة ، ميكانيكا الكم والديناميكا الحرارية نظرة عامة سريعة على أربعة مجالات في الفيزياء الحديثة: النسبية الخاصة (SRT) ، النسبية العامة (GR) ، الكم

من كتاب الفلسفة المذهلة مؤلف جوسيف دميتري ألكسيفيتش

التاسع نظرية النسبية ماذا يمكن أن يقال هنا؟ كل شخص يفهم هذا المصطلح بشكل مختلف. ديمتري: صديقي ، مشكلتك هي أنك تفكر كثيرًا. تاسو: مقارنة بمن؟ ديميتري: مقارنة بأخيل ، على سبيل المثال. تاسو: وبالمقارنة مع

من كتاب العقل الجديد للملك [حول الكمبيوتر والتفكير وقوانين الفيزياء] المؤلف بنروز روجر

النظرية العامة للأرقام § 10. مقدمة: الرقم هو فئة أساسية وعميقة من الوجود والوعي بحيث لا يمكن أن تؤخذ إلا أكثر اللحظات الأولية والتجريدية لكليهما لتعريفها وتوصيفها. الرياضيات هي علم الأعداد

من كتاب عودة الزمن [من نشأة الكون القديمة إلى علم الكونيات في المستقبل] المؤلف سمولين لي

بسرعة الضوء. نظرية النسبية كان ظهور الصورة العلمية الثانية للعالم مرتبطًا بشكل أساسي بتغيير مركزية الأرض بواسطة مركزية الشمس. لقد تخلت الصورة العلمية الثالثة للعالم عن أي مركزية على الإطلاق. وفقًا للأفكار الجديدة ، أصبح الكون

من كتاب اللغة والأنطولوجيا والواقعية مؤلف Makeeva Lolita Bronislavovna

النظرية النسبية الخاصة لأينشتاين وبوانكاريه دعونا نتذكر مبدأ النسبية لغاليليو ، الذي ينص على أن القوانين الفيزيائية لنيوتن وجاليليو ستبقى على حالها تمامًا إذا انتقلنا من إطار مرجعي ساكن إلى آخر ، ونتحرك بشكل موحد

من كتاب المؤلف

الفصل 14 نظرية النسبية وعودة الزمن وهكذا ، فإن الاعتراف بواقع الوقت يفتح مقاربات جديدة لفهم كيفية اختيار الكون للقوانين ، وكذلك طرق حل صعوبات ميكانيكا الكم. ومع ذلك ، لا يزال يتعين علينا التغلب على الجدية

من كتاب المؤلف

2.4 نظرية النسبية الوجودية والواقعية من أطروحة عدم تحديد الترجمة وفكرة الالتزامات الأنطولوجية تتبع النسبية الأنطولوجية ، والتي تعني ، أولاً وقبل كل شيء ، أن المرجع غير مفهوم ، ولا يمكننا معرفة ماذا

في وقت مبكر من بداية القرن العشرين ، تمت صياغة نظرية النسبية. ما هو ومن خالقها ، كل طالب يعرف اليوم. إنه أمر رائع لدرجة أنه حتى الأشخاص البعيدين عن العلم يهتمون به. تصف هذه المقالة نظرية النسبية بلغة يسهل الوصول إليها: ما هي وما هي افتراضاتها وتطبيقها.

يقولون أن ألبرت أينشتاين ، مبتكرها ، كان لديه عيد الغطاس في لحظة. يبدو أن العالم يركب ترامًا في سويسرا بيرن. نظر إلى ساعة الشارع وأدرك فجأة أن الساعة ستتوقف إذا تسارع الترام إلى سرعة الضوء. في هذه الحالة ، لن يكون هناك وقت. يلعب الوقت دورًا مهمًا جدًا في نظرية النسبية. أحد الافتراضات التي صاغها أينشتاين هو أن المراقبين المختلفين يرون الواقع بشكل مختلف. هذا ينطبق بشكل خاص على الوقت والمسافة.

المحاسبة لموقف المراقب

في ذلك اليوم ، أدرك ألبرت ، في لغة العلم ، أن وصف أي ظاهرة أو حدث فيزيائي يعتمد على الإطار المرجعي الذي يوجد فيه المراقب. على سبيل المثال ، إذا أسقطت إحدى ركاب الترام نظارتها ، فسوف تسقط رأسيًا بالنسبة لها. إذا نظرت من موقع أحد المشاة الواقفين في الشارع ، فإن مسار سقوطهم سيتوافق مع القطع المكافئ ، لأن الترام يتحرك والنظارات تتساقط في نفس الوقت. وبالتالي ، كل شخص لديه نظام مرجعي خاص به. نقترح أن ننظر بمزيد من التفصيل في الافتراضات الأساسية لنظرية النسبية.

قانون الحركة الموزعة ومبدأ النسبية

على الرغم من حقيقة أن أوصاف الأحداث تتغير عندما تتغير الأطر المرجعية ، فهناك أيضًا أشياء عالمية تظل دون تغيير. لفهم هذا ، لا يجب على المرء أن يسأل مسألة سقوط النظارات ، بل قانون الطبيعة الذي تسبب في هذا السقوط. بالنسبة لأي مراقب ، بغض النظر عما إذا كان في نظام إحداثيات متحرك أو ثابت ، تظل الإجابة عليه دون تغيير. يسمى هذا القانون قانون الحركة الموزعة. إنه يعمل بشكل جيد سواء في الترام أو في الشارع. بمعنى آخر ، إذا كان وصف الأحداث يعتمد دائمًا على من يراقبها ، فهذا لا ينطبق على قوانين الطبيعة. إنها ، كما هو معتاد في اللغة العلمية ، ثابتة. هذا هو مبدأ النسبية.

نظريتان أينشتاين

هذا المبدأ ، مثل أي فرضية أخرى ، كان لا بد من التحقق منه أولاً عن طريق ربطه بالظواهر الطبيعية التي تعمل في واقعنا. اشتق أينشتاين نظريتين من مبدأ النسبية. على الرغم من أنها مرتبطة ببعضها البعض ، إلا أنها تعتبر منفصلة.

تستند نظرية النسبية الخاصة أو الخاصة (SRT) إلى الموقف الذي مفاده أنه بالنسبة لجميع الأطر المرجعية الممكنة ، والتي تكون سرعتها ثابتة ، تظل قوانين الطبيعة كما هي. تمتد النظرية النسبية العامة (GR) لهذا المبدأ إلى أي إطار مرجعي ، بما في ذلك تلك التي تتحرك مع التسارع. في عام 1905 ، نشر أ. أينشتاين النظرية الأولى. الثاني ، الأكثر تعقيدًا من حيث الجهاز الرياضي ، أكمله بحلول عام 1916. أصبح إنشاء نظرية النسبية ، كلا من SRT و GR ، مرحلة مهمة في تطور الفيزياء. دعونا نلقي نظرة فاحصة على كل منهم.

النظرية النسبية الخاصة

ما هو ، ما هو جوهره؟ دعنا نجيب على هذا السؤال. هذه النظرية هي التي تتنبأ بالعديد من التأثيرات المتناقضة التي تتعارض مع أفكارنا البديهية حول كيفية عمل العالم. نحن نتحدث عن تلك التأثيرات التي نلاحظها عندما تقترب سرعة الحركة من سرعة الضوء. وأشهرها تأثير تمدد الوقت (الساعات). الساعات التي تتحرك بالنسبة إلى المراقب تكون أبطأ بالنسبة له من الساعات التي في يديه.

في نظام الإحداثيات ، عند التحرك بسرعة قريبة من سرعة الضوء ، يتم تمديد الوقت بالنسبة إلى المراقب ، ويتم ضغط طول الأشياء (المدى المكاني) ، على العكس من ذلك ، على طول محور اتجاه هذه الحركة . يسمي العلماء هذا التأثير بانكماش لورنتز فيتزجيرالد. في عام 1889 ، وصفه عالم الفيزياء الإيطالي جورج فيتزجيرالد. وفي عام 1892 ، أكمله هندريك لورينز ، وهو هولندي. يفسر هذا التأثير النتيجة السلبية التي أعطتها تجربة ميكلسون مورلي ، والتي يتم فيها تحديد سرعة كوكبنا في الفضاء الخارجي عن طريق قياس "الريح الأثيرية". هذه هي الافتراضات الأساسية لنظرية النسبية (خاصة). استكمل أينشتاين هذه التحولات الجماعية عن طريق القياس. وفقا لها ، مع اقتراب سرعة الجسم من سرعة الضوء ، تزداد كتلة الجسم. على سبيل المثال ، إذا كانت السرعة 260 ألف كم / ثانية ، أي 87٪ من سرعة الضوء ، من وجهة نظر مراقب في إطار مرجعي مستريح ، فإن كتلة الجسم ستتضاعف.

تأكيدات محطة الخدمة

كل هذه المواقف ، بغض النظر عن مدى تعارضها مع الفطرة السليمة ، وجدت منذ زمن أينشتاين تأكيدًا مباشرًا وكاملاً في مجموعة متنوعة من التجارب. أجرى علماء من جامعة ميشيغان إحداها. تؤكد هذه التجربة الغريبة نظرية النسبية في الفيزياء. وضع الباحثون على متن الطائرة ، التي كانت تقوم بانتظام برحلات عبر المحيط الأطلسي ، بدقة فائقة ، وفي كل مرة بعد إعادتها إلى المطار ، تمت مقارنة قراءات هذه الساعات مع تلك المراقبة. اتضح أن الساعة على متن الطائرة في كل مرة تتخلف عن السيطرة أكثر وأكثر. بالطبع ، كان الأمر يتعلق فقط بأرقام تافهة ، أجزاء من الثانية ، لكن الحقيقة نفسها هي دلالة للغاية.

على مدى نصف القرن الماضي ، كان الباحثون يدرسون الجسيمات الأولية في مسرعات - مجمعات أجهزة ضخمة. في داخلها ، يتم تسريع حزم الإلكترونات أو البروتونات ، أي الحزم المشحونة ، حتى تقترب سرعتها من سرعة الضوء. بعد ذلك يطلقون النار على أهداف نووية. في هذه التجارب ، من الضروري مراعاة زيادة كتلة الجسيمات ، وإلا لا يمكن تفسير نتائج التجربة. في هذا الصدد ، لم تعد SRT مجرد نظرية افتراضية لفترة طويلة. لقد أصبحت إحدى الأدوات المستخدمة في الهندسة التطبيقية ، إلى جانب القوانين النيوتونية للميكانيكا. وجدت مبادئ نظرية النسبية تطبيقات عملية كبيرة في يومنا هذا.

قوانين SRT ونيوتن

بالمناسبة ، عند الحديث عن (تم عرض صورة هذا العالم أعلاه) ، يجب أن يقال إن النظرية النسبية الخاصة ، التي يبدو أنها تتعارض معها ، تعيد إنتاج معادلات قوانين نيوتن تمامًا تقريبًا ، إذا كانت كذلك. تستخدم لوصف الأجسام التي تكون سرعتها أقل بكثير من سرعة الضوء. بعبارة أخرى ، إذا تم تطبيق النسبية الخاصة ، فلن يتم إلغاء فيزياء نيوتن على الإطلاق. هذه النظرية ، على العكس من ذلك ، تكملها وتوسعها.

سرعة الضوء ثابت عالمي

باستخدام مبدأ النسبية ، يمكن للمرء أن يفهم لماذا تلعب سرعة الضوء ، وليس أي شيء آخر ، دورًا مهمًا للغاية في هذا النموذج من بنية العالم. يتم طرح هذا السؤال من قبل أولئك الذين بدأوا للتو في التعرف على الفيزياء. سرعة الضوء هي ثابت عالمي بسبب حقيقة أنه يتم تعريفها على هذا النحو من خلال قانون العلوم الطبيعية (يمكن العثور على المزيد حول هذا من خلال دراسة معادلات ماكسويل). سرعة الضوء في الفراغ ، بسبب مبدأ النسبية ، هي نفسها في أي إطار مرجعي. قد تعتقد أن هذا مخالف للحس السليم. اتضح أن المراقب يتلقى في وقت واحد الضوء من كل من مصدر ثابت ومصدر متحرك (بغض النظر عن السرعة التي يتحرك بها). ومع ذلك ، فهي ليست كذلك. تُمنح سرعة الضوء ، نظرًا لدورها الخاص ، مكانًا مركزيًا ليس فقط في النسبية الخاصة ، ولكن أيضًا في النسبية العامة. دعنا نتحدث عنها.

النظرية العامة للنسبية

يتم استخدامه ، كما قلنا من قبل ، لجميع الأطر المرجعية ، وليس بالضرورة تلك التي تكون سرعتها بالنسبة لبعضها البعض ثابتة. من الناحية الرياضية ، تبدو هذه النظرية أكثر تعقيدًا من النظرية الخاصة. وهذا ما يفسر حقيقة مرور 11 عامًا بين منشوراتهم. تشمل النسبية العامة الخاص كحالة خاصة. لذلك ، تم تضمين قوانين نيوتن فيه أيضًا. ومع ذلك ، فإن النسبية العامة تذهب إلى أبعد من سابقاتها. على سبيل المثال ، يشرح الجاذبية بطريقة جديدة.

البعد الرابع

بفضل النسبية العامة ، يصبح العالم رباعي الأبعاد: يُضاف الوقت إلى ثلاثة أبعاد مكانية. كلهم لا ينفصلون ، لذلك ، لم يعد من الضروري التحدث عن المسافة المكانية الموجودة في العالم ثلاثي الأبعاد بين جسمين. نحن الآن نتحدث عن الفواصل الزمنية المكانية بين الأحداث المختلفة ، وتوحيد المسافة المكانية والزمانية عن بعضها البعض. بمعنى آخر ، يعتبر الزمان والمكان في نظرية النسبية نوعًا من التواصل رباعي الأبعاد. يمكن تعريفه على أنه زمكان. في سلسلة متصلة معينة ، سيكون لدى هؤلاء المراقبين الذين ينتقلون بالنسبة لبعضهم البعض آراء مختلفة حتى حول ما إذا كان حدثان قد حدثا في نفس الوقت ، أو ما إذا كان أحدهما قد سبق الآخر. ومع ذلك ، لا يتم انتهاك العلاقة السببية. بعبارة أخرى ، فإن وجود مثل هذا النظام الإحداثي ، حيث يحدث حدثان في تسلسل مختلف وليس في وقت واحد ، لا يسمح حتى بالنسبية العامة.

النسبية العامة وقانون الجاذبية الكونية

وفقًا لقانون الجاذبية الكونية الذي اكتشفه نيوتن ، توجد قوة الجذب المتبادل في الكون بين أي جسمين. تدور الأرض من هذا الموقع حول الشمس ، حيث توجد قوى جذب متبادل بينهما. ومع ذلك ، فإن النسبية العامة تجبرنا على النظر إلى هذه الظاهرة من زاوية مختلفة. الجاذبية ، وفقًا لهذه النظرية ، هي نتيجة "الانحناء" (تشوه) الزمكان ، الذي يُلاحظ تحت تأثير الكتلة. كلما كان الجسم أثقل (في مثالنا ، الشمس) ، كلما "انحناء" الزمكان تحته. وفقًا لذلك ، يكون مجال جاذبيتها أقوى.

من أجل فهم جوهر نظرية النسبية بشكل أفضل ، دعونا ننتقل إلى المقارنة. الأرض ، وفقًا للنسبية العامة ، تدور حول الشمس ، مثل كرة صغيرة تدور حول مخروط قمع تم إنشاؤه نتيجة "لكمة" الشمس للزمكان. وما اعتدنا على اعتباره قوة الجاذبية هو في الواقع مظهر خارجي لهذا الانحناء ، وليس قوة ، في فهم نيوتن. لم يتم العثور على تفسير أفضل لظاهرة الجاذبية من تلك المقترحة في النسبية العامة حتى الآن.

طرق فحص النسبية العامة

لاحظ أنه ليس من السهل التحقق من النسبية العامة ، لأن نتائجها في ظروف المختبر تتوافق تقريبًا مع قانون الجاذبية الكونية. ومع ذلك ، لا يزال العلماء يجرون عددًا من التجارب المهمة. تسمح لنا نتائجهم باستنتاج أن نظرية أينشتاين قد تم تأكيدها. تساعد النسبية العامة أيضًا في تفسير الظواهر المختلفة التي لوحظت في الفضاء. هذه ، على سبيل المثال ، انحرافات صغيرة لعطارد عن مداره الثابت. من وجهة نظر الميكانيكا الكلاسيكية النيوتونية ، لا يمكن تفسيرها. وهذا أيضًا هو سبب انحناء الإشعاع الكهرومغناطيسي من النجوم البعيدة أثناء انتقاله بالقرب من الشمس.

النتائج التي تنبأت بها النسبية العامة ، في الواقع ، تختلف اختلافًا كبيرًا عن تلك التي قدمتها قوانين نيوتن (صورته معروضة أعلاه) ، فقط عند وجود حقول جاذبية فائقة القوة. لذلك ، من أجل التحقق الكامل من النسبية العامة ، يلزم إجراء إما قياسات دقيقة جدًا للأجسام ذات الكتلة الهائلة أو الثقوب السوداء ، نظرًا لأن أفكارنا المعتادة لا تنطبق عليها. لذلك ، فإن تطوير الأساليب التجريبية لاختبار هذه النظرية هو أحد المهام الرئيسية للفيزياء التجريبية الحديثة.

تشغل أذهان العديد من العلماء ، وحتى الأشخاص البعيدين عن العلم ، نظرية النسبية التي أنشأها أينشتاين. قلنا بإيجاز ما هو. تقلب هذه النظرية أفكارنا المعتادة عن العالم ، لذلك لا يزال الاهتمام بها لا يتلاشى.