آشنایی با نسبیت عام
درآمدی بر نظریهٔ علمی آلبرت اینشتین دربارهٔ گرانش / From Wikipedia, the free encyclopedia
نسبیت عام نظریهای علمی برای گرانش است که آلبرت اینشتین در سالهای بین ۱۹۰۵ و ۱۹۱۵ گسترش داد. این نظریه باعث شد که دیدگاه قبلی از فضا به عنوان موجودی ایستا (استاتیک) و تنها به عنوان مکانی که در آن رویدادهای فیزیکی اتفاق میافتند، کنار گذاشته شود. بهجای آن، فضازمان بهعنوان موجودی پویا (دینامیک) و تغییر شکلدهنده در نظر گرفته میشود که حضور ماده در آن، ساختار و هندسهٔ آن را خمیده میکند و در مقابل، حرکت اجسام تحت گرانش از خمیدگی فضازمان پیروی مینماید. به بیان دیگر، اجسام همواره — چه در فضای تهی بدون گرانش و چه در حضور ماده و انرژی و در نتیجه، گرانش — در طول مستقیمترین مسیر ممکن حرکت میکنند و حضور جرم و انرژی تنها شکل این مسیرها را در فضازمان — از خطوط مستقیم در فضای تهی به مسیرهایی خمیده در حضور جرم و انرژی — تغییر میدهد که به معنای خمیده شدن فضازمان است؛ یعنی گرانش به عنوان یک عامل هندسی و نه یک نیرو بررسی میگردد.[1]
در آغاز قرن بیستم، قانون جهانی گرانش نیوتن برای مدتی بیش از ۲۰۰ سال به عنوان توصیف پذیرفته شده برای گرانش بین اجسام مطرح بود. در این مدل، گرانش ناشی از نیرویی جذبکننده بین دو جسم — با سازوکاری نامعین — است. هرچند خودِ نیوتن نیز با طبیعت ناشناخته این نیرو مشکل داشت[2] و برخی مسائل نظیر انتشار این نیرو با سرعت بینهایت مبهم بود، این مدل برای توصیف حرکت تحت گرانش بسیار موفق ظاهر گردید: حرکت سیارات در سامانهٔ خورشیدی را به خوبی توصیف میکرد و زمان ظاهر شدن ستارگان دنبالهدار را به دقت پیشبینی مینمود.[3]
با اینحال مشاهدهها و آزمایشها نشان میدهند که توصیف اینشتین از گرانش (نسبیت عام)، پدیدههایی را پیشبینی میکند که توسط نظریه نیوتنی قابل پیشبینی نیستند. برای مثال میتوان به ناهنجاریهای کوچک مشاهدهشده در مدار حرکت برخی سیارات نظیر عطارد اشاره کرد. علاوه بر این، نسبیت عام پدیدههای جدیدی را هم پیشبینی میکند، مانند همگرایی گرانشی، موجهای گرانشی و اثر گرانش بر روی زمان که به اتساع زمان گرانشی معروف است. بسیاری از این پدیدهها تاکنون از طریق آزمایش تأیید شدهاند، و در مورد برخی نیز در حال حاضر جستجو ادامه دارد. برای مثال، مشاهدهٔ امواج گرانشی برای نخستین بار در سال ۲۰۱۶ و پس از گذشت صد سال از پیشبینی اینشتین در مورد وجود این امواج، به کمک تأسیسات لایگو (LIGO) صورت پذیرفت،[4][5] هرچند قبلاً وجود این امواج بهطور غیرمستقیم تأیید شدهبود.[6]
نسبیت عام، چندی پس از ظهور به ابزاری اساسی در اخترفیزیک تبدیل شد. برای نمونه، این نظریه اساسِ درکِ فعلیِ ما از سیاهچالهها را تشکیل میدهد. در این مناطق، گرانش بهقدری شدید است که هیچ چیز حتی نور نمیتواند از آن بگریزد. تصور میشود که گرانشِ نیرومندِ آنها عامل تابشهای شدید گسیلشده از برخی اجرام نجومی است (مانند هسته کهکشانی فعال یا ریزاختروشها). نسبیت عام، همچنین سهم عمدهای در چارچوب مهبانگ در کیهانشناسی دارد.
در قرن گذشته با وجود پژوهشهای فراوان، پیشرفت اندکی فراتر از دیدگاههای خود اینشتین به دست آمدهاست. نظریه نسبیت عام نظریهای کامل نیست و هنوز پرسشهای بیپاسخی باقی ماندهاند. بنیادیترین آنها چگونگی آشتی دادن نسبیت عام و مکانیک کوانتومی برای ایجاد نظریهای کامل و خود–سازگار به نام گرانش کوانتومی است.