النظرية النسبية العامة هي إحدى نظريات الفيزياء الحديثة، التي صاغها ألبرت إينشتاين في منتصف العقد الثاني من القرن الماضي، والتي هي تعميم لنظرية النسبية الخاصة وقانون نيوتن في الجاذبية بإستخدام مفهوم موحد للجاذبية بكونها خاصية هندسية للزمان والمكان أو ما يعرف بالزمكان.

وتنص النسبية العامة على أن الأجسام الضخمة الموجودة في الفضاء تسبب تشوة للزمكان الذي نشعر به جميعاً بالجاذبية، فيما تفسير الجاذبية هنا بانها الخاصية الهندسية للزمكان، ويرتبط انحناء الزمكان بشكل مباشر مع طاقة وكثافة المادة، وفي الواقع فأن الحديث عن النظرية النسبية فإن المقصد هو النسبية العامة، فيما النسبية الخاصة هي حالة خاصة من النسبية العامة.

وساهمت النظرية النسبية العامة  وهي تشرح سلوك الأجسام في شبكة من المكان والزمان، على نطاق  واسع من تحديد شكل الكون وقد تم إثبات تنبؤاتها بمختلف التجارب العلمية، وكانت الأساس في تفسير ظواهر فلكية مثل الثقوب السوداء، وعدسات الجاذبية وسلوك كوكب عطارد على مداره، بالإضافة لما انتجته من فكرة تقعر الفراغ بوجود المادة وهو الأمر الذي يعني أن الخطوط المستقيمة تتشوه بوجود الكتلة.

تاريخ النسبية العامة

بعد صياغة آينشتاين نظرية النسبية الخاصة في عام (1905)م، شرع في التفكير في كيفية دمج الجاذبية ضمن إطار عمل نسبي وهو ما مثل فيما بعد الوصف الحالي للجاذبية في الفيزياء الحديثة، ففي سنة العام (1907)م بدأ بتجربة فكرية بسيطة شارك فيها مراقب في السقوط الحر، وفيما بعد ولمدة ثمان سوات انتج النظرية النسبية العامة، بعد العديد من الطرق الإلتفافية والبدايات الخاطئة، بلغت اعمال آينشتاين ذروتها في العرض التقديمي للأكاديمية البروسية للعلوم في نوفمبر من العام (1915)م، وهو ما يعرف الآن باسم معادلات حقل آينشتاين.

وحددت هذه المعادلات كيفية تأثر هندسة المكان والزمان بأي مادة وإشعاع موجودان، الأمر الذي شكل نواة نظرية العامة للنسبية. وجاء انتاج آينشتاين بعد اعتماده وموافقة مسارات الهندسة اللأقليدية المسماة بالهندسة الريمانية، التي قدمها عالم الرياضيات برنارد يمان في القرن التاسع عشر، وقدمت الهندسة الريمانية الإطار الرياضي الرئيسي الذي وافق آينشتاين افكاره الفيزيائية عن الجاذبية معها، ومكنته من تطوير النسبية العامة.

الأسس النظري

أعتمدت النظرية العامة النسبية على مبدأ التكافؤ و الجاذبية والزمكان.

• مبدأ التكافؤ: يعد مبدأ التكافؤ مهم بالنسبة للنظرية كون آينشتاين أراد إثبات الجاذبية التي يخضع لها الجسم وتكافئ إلى حد كبير تأثيرات الحركة المتسارعة، وصاغ اينشتاين تجرية فكرية، متخيلا وجود شخص وفي يده تفاحة ضمن مصعد غير متحرك موجود على الأرض ومغلق تماما بحيث لا يمكن الرؤية من خلاله، وإذا ترك الشخص التفاحة فإنها ستخضع لقوة الجاذبية الأرضية مكسباً إياها تسارعا أرضياً، في حين إذا قمت بالتجربة نفسها في الفضاء الخالي من الجاذبية ودون ان تكون خاضعاً لأي قوة خارجية، فإن التفاحة ستخضع لتسارع مساوي تقريبا لقوة الجاذبية.
• الجاذبية والزمكان: من الواضح ان في الكهرومغناطيسية، لابد من وجود حقل يمثل ما نعتبره قوة الجاذبية بين جسمين، لكن بحسب آينشتاين أن هذا الحقل مؤلف من شبكة الزمان والمكان، معتقدا أن الفضاء ليس وسطًا سلبيًا أو معدومًا، فهو ينحني بسبب الأجسام الثقيلة، لذا أي جسم كالأرض لن يقوم بالتحرك بشكل مستقيم وإنما سينحني ويقوم بالدوران حول الجسم الأكبر كتلة وكثافة.

وتوضح نظرية النسبية العامة لأينشتاين ما نسميه الزمكان، أي أن الزمان والمكان مرتبطان بشكل نسيج، لذا لا ينفصلان أبدًا، وبالتالي يمكن للزمكان أن يتشوه في وجود أجسام ذات كثافة عالية، ولذلك لا نقصد فقط انحناء المكان وإنما انحناء الزمكان.

فالجاذبية حسب تعريف النظرية، ليست قوة تنتشر عبر الفضاء، بل هي سمة من سمات الزمكان نفسه، فعندما ترمي كرة عالية في الهواء، فإنها تعود إلى الأرض لأن الكرة الأرضية تشوه الزمكان المحيط بها، والأمر ينطبق على الشمس.

معادلات صعبة

على الرغم من أن نظرية النسبية العامة ومعادلاتها تسمح بك بمعرفة كيف تقوم الأجسام فائقة الكتلة مثل الكواكب والنجوم والمجرات والثقوب السوداء، بالتأثير على الزمكان الموجودة فيه، غير ان هذه الأشياء في الواقع العلمي ليست واضحة جدا وبسيطة، بل هي غاية في التعقيد، فنحن بحاجة إلى الحواسيب الفائقة لإيجاد الحلول والتباينات واستنتاج حلول جدية، وتعتبر معرفة ما يحصل للزمكان عند تصادم جسمان فائقى الكتلة واحداً من أكبر التحديات الحالية التي نواجهها.

المراجع:

1.ماهي النظرية النسبية العامة وما هي معادلاتها/ روجع بتاريخ 23 إبريل 2020.
2.النظرية النسبية العامة/ روجع بتاريخ 23 إبريل 2020م.
3.نظريتا النسبية الخاصة والعامة/ روجع بتاريخ 23 إبريل 2020م.
4.النسبية العامة..ويكيبيديا/ روجع بتاريخ 23 أبريل 2020م.
5.آينشتاين يشرح مفهوم الزمن في النظرية النسبية/ روجع بتاريخ 23 إبريل 2020م.