"كيف تم إثبات نظرية النسبية العامة؟" ـ الحلقة الأولى

من طرف **Admin** الأحد مارس 15, 2015 7:35 pm

من صفحة الفزبائيون على الفايسبوك
https://www.facebook.com/ThePhysicistsArabic/photos/a.198105126989872.49889.198101773656874/639891379477909/?type=1

"كيف تم إثبات نظرية النسبية العامة؟" ـ الحلقة الأولى

"أنا أعتبر أن أهمية نظرية النسبية العامٌة لا تكمن أساسا في التنبؤ ببعض التأثيرات الدقيقة القابلة للملاحظة، بل في بساطة أسسها و في تماسكها المنطقي."ـــ ألبرت آينشتاين.

عندما كتب آينشتاين هذا الكلام عام 1930، كانت قد مرت 15 عاما منذ أن نشر نظريته الثورية حول النسبية العامة. خلال مدة العقد و النصف تلك، كان هنالك عدد قليل فقط من الاختبارات التي قدمت بعض التأكيدات لنظرية النسبية العامة. ولكن آينشتاين، الذي كان فيزيائيا نظريا أكثر من كونه تجريبيا، كانت لديه ثقة مطلقة في صحة نظريته و كان واثقا من أن التجارب المستقبلية ستزيد من تأكيد ثقته فيها.
و لكن يبقى التحقق الموضوعي من صحة أي فرضية هو أساس العلم. فمهما بلغت أناقة نظرية ما، و مهما بلغت "بساطة أسسها و تماسكها المنطقي"، فبدون تثبيتها من خلال الملاحظة و التجارب القابلة للتكرار فهي تبقى مجرد فكرة مثيرة للانتباه لا أكثر، دون دعامة واقعية تستند عليها.

على مدى عقود، ظلت النسبية العامة في حالة بينية، غير مثبتة بشكل كامل و غير مرفوضة في نفس الوقت، و يرجع ذلك لكون الوسائل اللازمة لاختبارها بشكل فعلي لم توجد بعد في ذلك الوقت. بعد ذلك، بدءاً من حوالي عام 1960، بدأت تلك الأدوات في الظهور، سواء في التكنولوجيا االأكثر تطورا في مجالي الفيزياء وعلم الفلك ، أو في تقدم التصورات النظرية، امما مكن الفيزيائيين من حساب وتفسير النتائج الملاحظة التي توقعتها النسبية العامة. بشكل مفاجئ أصبح اختبار نظرية النسبية "موضة" متبعة.

على مدى نصف القرن الذي تلا ذلك، وصولا إلى يومنا هذا، حاول العلماء وضع النظرية محط الاختبار بشتى الطرق. فقد سعوا لامتحان مدى صحتها بدقة عالية و البحث عن أي خروقات محتملة قد تشير إلى فيزياء جديدة "ما وراء" فيزياء آينشتاين. و لكن حتى الآن، على الرغم من عشرات المحاولات النظرية و التجريبية من قبل علماء الفيزياء، علماء فلك الراديو، العلماء النظريين، وغيرهم في جميع أنحاء العالم، فقد اجتازت فكرة آينشتاين الكبرى كل اختبار على حدة بنجاح كبير، كما ذكر عالم الفيزياء الفلكية كليفورد ويل Clifford Will في كتابه "هل كان أينشتاين محقا؟" ?Was Einstein Right.

النسبية الخاصة مقابل النسبية العامة

قبل النظر في أهم هذه الاختبارات، من المهم طرح السؤال التالي: ما هي النسبية تحديدا؟

نشر آينشتاين نظريتين حول النسبية، النسبية الخاصة في عام 1905 والنسبية العامة عام 1915. تقول النسبية الخاصة بأن سرعة الضوء ثابتة بينما المكان والزمان نسبيان. ( وهما أيضا يشكلان كيانا واحدا رباعي الأبعاد، والذي أطلق عليه المُعلٌم السابق لآينشتاين "هيرمان مينكوفسكي" Hermann Minkowski إسم "الزمكان").

قد يبدو لنا أن طول الأشياء ومرور الزمن أشياء ثابتة وقارة - فمسطرة ذات طول قدم، طولها دائما يساوي قدما، والساعات دائما ما تُتَكْتِكْ بنفس المعدل. ولكن هذا ليس صحيحا، وفقا لنظرية النسبية الخاصة؛ هذه ليست الطريقة التي تعمل بها الطبيعة. فطول المسطرة الذي يساوي طول قدم، و معدل تدفق الوقت، يعتمد على سرعتهما. فنحن نصادف فقط المسطرات أو أي شيء آخر في عالمنا عندما تتحرك بشكل ليس أسرع منا أو أبطأ بكثير. ولكن لو كانت هذه المسطرة تتحرك بسرعة تقارب سرعة الضوء، وهو ما يقارب 670 مليون ميلا في الساعة (300.000 كلم في الثانية)، ففإنها ستبدو لنا، باعتبارنا ثابتين بالنسبة للأرض، و كأن طولها أقصر بكثير من طولها الأصلي، يُعلٌل آينشتاين. أما الزمن فسيمر أبطأ بكثير بالنسبة لتلك المسطرة المتحركة بسرعة تقارب لسرعة الضوء.

في ورقته حول النسبية الخاصة، على الهامش تقريبا، عرض آينشتاين أيضا مفهوم تكافؤ الكتلة والطاقة، هذا المفهوم أدى إلى القنابل الذرية والطاقة الذرية، وكذلك إلى العديد من التقنيات التي نعتمد عليها اليوم، بما في ذلك الهواتف الخلوية وأجهزة الكمبيوتر. وقد تم التحقق تجريبيا من النسبية الخاصة مرات عديدة حتى أصبحت الآن جزءا مقبولا تماما في الفيزياء و الحياة اليومية.

مع النسبية العامة، أخذ آينشتاين النسبية الخاصة، وأضاف الجاذبية ـــ بشكل أساسي، احتفظ بمفهوم الزمكان، وأضاف إليه الانحناء. يقول آينشتاين بأن الجاذبية التي نشعر بها على الأرض، ليست أكثر من انحناء الزمكان الناجم عن كتلة كوكبنا. قد يبدو هذا واضحا، إلا أنه استغرق لآينشتاين ثماني سنوات من التفكير المكثف من أجل العمل على تفاصيلها بشكل دقيق. رياضيا النسبية العامة معقدة بشكل مخيف، وهذا من بين أسباب استمرارية الاختبارات حولها حتى يومنا هذا للتحقق من نتائجها.

فما هي إذن الاختبارات التي نجحت فيها النسبية العامة بشكل تام؟ في الجزء القادم من السلسلة سنبدأ من البداية، عندما ولدت النظرية.