مستخدم:العالم العامل/تاريخ النسبية العامة

النسبية العامة ( GR ) هي نظرية الجاذبية التي تم تطويرها من قبل ألبرت أينشتاين بين 1907 و 1915 ، مع مساهمات من قبل العديد من الآخرين بعد عام 1915. ,وفقا للنظرية النسبية العامة الجاذبية الملاحظة تجذب الكتل نتيجة لتشوه الفضاء والزمن بسبب تلك الكتل .

. قبل ظهور النسبية العامة، تم قبول قانون الجذب العام لنيوتن لأكثر من مائتي سنة بصفته وصف صحيحا من قوة الجاذبية بين الكتل، على الرغم من أن نيوتن نفسه لا تعتبر نظرية والكلمة النهائية حول طبيعة الجاذبية .  بعد قرن من صياغة نيوتن لنظريته ، كشفت المراقبة الفلكية الدقيقة الاختلافات بين نموذج نيوتن و الملاحظات  . و في  نموذج نيوتن ، كانت الجاذبية نتيجة لقوة بين الأجسام الضخمة .  حتى نيوتن إنزعج لطبيعة تلك القوة التي لم يعرفها ، وكان الإطار الأساسي للنظرية ناجح للغاية في وصف الحركة .

 ، التجارب والملاحظات تشير إلى أن وصف أينشتاين يمثل العديد من الاثار لقوة الجاذبية التي لم تفسر من قبل قانون نيوتن ، مثل الشذوذ الدقيق في مدارات عطارد و الكواكب الأخرى  كما توقعت النسبية العامة آثار جديدة من الجاذبية، مثل موجات الجاذبية ، عدسة الجاذبية و تأثير الجاذبية في الوقت  المعروف باسم تباطأ الزمن الثقالي وكثير من هذه التوقعات أثبتت من خلال التجارب أو المراصد وباقي المواضيع تحت الدراسة والبحث.

وقد طورت نظرية النسبية العامة إلى أداة أساسية في الفيزياء الفلكية الحديثة . لأنها توفر الأساس  للفهم الحالي  للثقوب السوداء، وهي مناطق من الفضاء حيث الجاذبية قوية جدا، بحيث لا حتى يمكن للضوء أن يهرب . ويعتقد أن الجاذبية القوية  مسؤولة عن الإشعاع الكثيف المنبعث من أنواع معينة من الأجسام الفلكية ( مثل النوى المجرية النشطة أو microquasars ) . النسبية العامة هي أيضا جزء من اطار  نموذج الانفجار الكبير القياسي في علم الكونيات . 

نشوء النسبية العامة

التحقيقات  الأولية 

 قال اينشتاين في وقت لاحق  ، ان السبب في تطوير نظرية النسبية العامة تقديم مبدأ الحركة بالقصور الذاتي في النسبية الخاصة ، في حين أن  النظرية منذ البداية تفضل عدم وجود أي حالة من الحركة ( حتى عدم وجود تسارع ) ظهر اكثر تقبلا لديه "مبدأ القصور الذاتي" لذلك استمر يعمل في مكتب براءات الاختراع في عام 1907 ، وكان أينشتاين ما قال انه سيسمي ذلك  ب" أسعد تفكير له " فأدرك ان مبدأ النسبية يجب ان يمتد الى مجال الجاذبية .

ونتيجة لذلك ، في عام 1907 (نشرت 1908) كتب مقالا عن التسارع تحت نظرية  النسبية الخاصة .في هذا المقال ، قال إن السقوط الحر هو حركة القصور الذاتي حقا ، و ذلك لمراقب ذو سقوط حر وأن قواعد النسبية الخاصة يجب أن تطبق ذلك .وتسمى مبدأ التكافؤ . في نفس المقال ، كما تنبأ أينشتاين بظاهرة تباطأ الزمن الثقالي .

في عام 1911 ، نشر اينشتاين مقال آخر توسعا في مقال عام 1907 .  ، وقال انه يفكر في حالة وجود صندوق ذو تسارع منظم  ليس في مجال الجاذبية ، وأشار إلى أنه سيكون تمييزه مستحيلا  من صنوق لا يزال موجودا في حقل الجاذبية الثابت . واستخدم النسبية الخاصة ليرى أن معدل حركة الساعات في أعلى الصندوق أسرع من معدل حركة الساعات في أسفله .ويشير إلى أن معدلات السرعة الساعات تعتمد على مكانها في مجال الجاذبية وأن اختلاف معدل السرعة  يتناسب مع قدرة الجاذبية حسب التقريب الأولي لها  .

وتنبأ بإنحراف الضوء بسبب الأجسام الكبير وعلى الرغم من التقريب كان موجودا,لكن اكتشافه سمح له بأن يحسب أن الإنحراف لم يكن صفرا . وقام الفلكي الألماني اروين فينلي-فروندليتش بنشر تحدي آينشتاين إلى العلماء في جميع أنحاء العالم . وحث هذا علماء الفلك للكشف عن انحراف الضوء خلال كسوف الشمس، وأعطى هذا الثقة لأينشتاين أن نظرية العددية للجاذبية التي اقترحها غونار نوردستروم كانت غير صحيحة . والقيمة الفعلية للانحراف التي حسبها  كانت صغيرة للغاية   ، لأن التقريب التي استخدمه لم يكن يعمل بشكل جيد لتحريك الأمور في قريبة من سرعة الضوء .عند انتهاء أينشتاين من نظرية النسبية العامة كاملة، وقال انه يريد تصحيح هذا الخطأ الذي فعله والتنبؤ بالقيمة الصحيحة للانحراف الضوء بواسطة الشمس.

آخر من التجارب الفكرية البارزة لآينشتاين حول طبيعة حقل الجاذبية هو  للقرص دوار (شكل مختلف من المفارقة إرينفيست).  كان يتصور مراقب يجري التجارب على القرص الدوار .وأشار إلى أن مثل أي مراقب سوف تجد قيمة مختلفة عن الπ الثابت الرياضي الى واحد وهذا تنبأت به الهندسة الإقليدية . والسبب هو أن نصف قطر دائرة سيقاس مع سيطرة غير متقلصة، ولكن وفقا للنظرية النسبية الخاصة، المحيط يبدو أنه سيكون أطول بسبب السيطرة ستتقلص

منذ اعتقد آينشتاين أن قوانين الفيزياء كانت موضعية، وصفت من قبل الحقول الموضعية، وخلص من ذلك أن الزمكان يمكن أن يكون منحني موضعيا.هذا ما أدى به إلى دراسة الهندسة الريمانية، وصياغة نظرية النسبية العامة حسب هذه اللغة.

تطوير النسبية العامة

صورة إدينجتون في وقت كسوف الشمس، التي أكدت نظرية أينشتاين أن الضوء ينحني.

في عام 1912، عاد آينشتاين إلى سويسرا لقبول أستاذية في جامعته، في المعهد الفدرالي السويسري للتكنولوجيا في زيورخ. وعندما عاد في زيوريخ، وقال انه زار مباشرة لصديقه من المعهد الفدرالي السويسري للتكنولوجيا في زيورخ  مارسيل جروسمان، وهو الآن بروفيسور الرياضيات وهي الذي قدم له هندسة ريمان، وبصورة أعم، الهندسة التفاضلية. بناء على توصية من عالم الرياضيات الإيطالي توليو ليفي تشيفيتا، بدأ آينشتاين استكشاف فائدة التغاير العام (جوهريا استخدام الموترات) لنظريته عن الجاذبية. لفترة من الوقت كان أينشتاين يفكر أن هناك مشاكل مع هذا النهج، لكنه عاد  في وقت لاحق لذلك ، وبحلول أواخر عام 1915، كان قد نشر نظريته النسبية العامة بالشكل الذي يتم استخدامه اليوم. هذه النظرية تفسر الجاذبية على تشويه لبنية الزمكان من قبل المادة، وتسبب حركة القصور الذاتي لباقي المواد .

خلال الحرب العالمية الأولى، كان عمل علماء دول المركز متاح فقط للأكاديميين في دول المركز، لأسباب تتعلق بالأمن القومي. بعض من أعمال آينشتاين وصلت إلى المملكة المتحدة والولايات المتحدة من خلال جهود النمساوي بول إهرنفست والفيزيائين في هولندا، وخاصة  الحائز على جائزة نوبل عام 1902 هندريك لورنتز و ويليم دي سيتر من جامعة ليدن. بعد انتهاء الحرب، حافظ أينشتاين على علاقته مع جامعة لايدن، وقبل عقد كأستاذ فوق العادة. لمدة عشر سنوات، 1920-1930، فكان يسافر إلى هولندا بانتظام لإلقاء محاضرة في الجامعة.

في عام 1917، قبل العديد من علماء الفلك تحدي آينشتاين 1911. ففي مرصد ويلسون جبل في ولاية كاليفورنيا، الولايات المتحدة، نشر تحليلا للطيف الشمسي التي لم يظهر أي الانزياح نحو الأحمر بفعل الجاذبية. في عام 1918، وأيضا في ولاية كاليفورنيا، أعلن مرصد ليك،  وهو أيضا قد دحض تنبؤ أينشتاين، على الرغم من أن نتائج المرصد لم تنشر بعد .

ومع ذلك، في مايو 1919، زعم فريق من قبل الفلكي البريطاني آرثر ستانلي إدينجتون  وأكد تنبؤ أينشتاين عن عدسة الجاذبية  عند تصوير كسوف الشمس مع البعثات المزدوجة في سوبرال، شمال البرازيل، وبرينسيبي، و جزيرة في غرب أفريقيا 

واشاد الحائز على جائزة نوبل ماكس بورن النسبية العامة باسم "أعظم إنجاز في التفكير البشري عن الطبيعة".و كان زميل الحائز على جائزة بول ديراك يقول  انه قال عن النسبية "ربما كان أعظم اكتشاف علمي من أي وقت مضى". وفعلت ذلك وسائل الإعلام الدولية مضمنة شهرة أينشتاين العالمية .

كانت هناك مزاعم بأن التدقيق في الصور المحددة التي أخذها ايدينتغون أظهرت حالة من عد التيقن من أن التجربة من الممكن أن تقارن بنفس القدر مع كما التأثير الذي إدعى إيدنغتتون انه اثبته وقد خلثت تجربة بريطانية الى ان ذلك الأسلوب لا يمكن الإعتماد عليه . وحسب إنحراف الضوء في وقت لاحق عن طريق راصدات أكثر دقة . وأدى ما حدث الى إستياء ألماني من الوافد الجديد وقام الفيزيائيون الألمان بعمل حركة سموها دوشته فيزيك (الفيزياء الألمانية) معارضة لما سموه الفيزياء اليهودية 

التغاير العام ومفارقة الثقب 

 عام 1912 كان أينشتاين يعمل بنشاط في نظرية عن الجاذبية تفسرها على أنها ظاهرة هندسية .كان ذلك طلبا من تولليو ليفي-كيفاتيا بدأ اينشتاين من خلال استكشاف استخدام التغاير العام (والذي هو أساسا استخدام الموترات المنحنية ) لإنشاء نظرية الجاذبية .في عام 1913 تراجع أينشتاين عن هذا العمل لأنه رأي أنه يتعارض نع مفارقة الثقب .في عام 1914 وجزء كبير من 1915 كان يحاول أينشتاين إنشاء نظرية ميدانية تأسس على منهاج اخر عندما أثبت ان هذا النهج  غير متناسقة، وإعاد النظر في مفهوم التغاير العام اكتشف أن مفارقة الثقب تضمنت نقاط ضعف .

تطوير النظرية الميدانية لأينشتاين 

عندما أدرك أينشتاين أن التغاير العام يمكن أن يدافع عنه وأن يقبل في الواقع , قام بالإسراع في إكمال تطوير نظرية ميدانية التي سميت بإسمه , على كل حال ارتكب أينشتاين خطأ عرف واشتهر في الوقت الحاضر . ونشر نظريته الميدانية في أكتوبر عام 1915

$R_{\mu \nu }=T_{\mu \nu }\,$,

$R_{\mu \nu }$ العلامة السابقة تمثل موتر ريشي وهذه تمثل موتر الزخم - الطاقة $T_{\mu \nu }$  وهذا توقع الحضيض الشمسي لسير كوكب عطارد الغير نيوتيني , وكان أينشتاين فرحا جدا ,وبعد فترة قصيرة، عرف أن هذا يتعارض مع الحفاظ الموضعي للطاقة -الزخم إلا إذا كان للكون كثافة ثابتة للكتلة والطاقة -الزخم وما يعني أن، الهواء والصخور وحتى الفراغ يجب أن تكون لهم نفس كثافة , هذا التعارض مع الملاحظات جعل أينشتاين يعود الى لوحة الرسم :

$R_{\mu \nu }-{1 \over 2}Rg_{\mu \nu }=T_{\mu \nu }$,

 $R$ هي  كمية ريشي القياسية أو إنحناء ريشي و هذه العلامة $g_{\mu \nu }$ هي الموتر المتري 

Notes

[[:تصنيف:ألبرت أينشتاين]] [[:تصنيف:نسبية عامة]] [[:تصنيف:تاريخ الفيزياء]]