قبل البدء بشرح مفهوم النسبيه العامه يجب علينا التعرف على معنى الجاذبيه في الفيزياء الكلاسيكيه .
الجاذبيه :-
هي ميل الكتل و الأجسام للتحرك والانجذاب نحو بعضها البعض كما في الجاذبية بين المغناطيسات و الأجسام الحديدية ، كان إسحاق نيوتن أول من تحدث عن قوى الثقالة (الجاذبية) محاولا وضع نظرية تفسر ميل الأجسام للسقوط نحو الأرض (تفاحة نيوتن) بشكل يتناسق مع قوانينه التحريكية الثلاثة .فالوزن هو القوة التي تحثها الثقالة محدثة الانجذاب بين الأرض و الجسم المعني و هي تساوي تسارع الثقالة في كتلة الجسم . كان أول من وضع نظرية للثقالة هو الفيزيائي المعروف اسحاق نيوتن و بقيت هذه النظرية صامدة حتى تم استبدالها من قبل اينشتاين بنظرية النسبية العامة لكن معادلة نيوتن تبقى صحيحة و أكثر عملية عندما نتحدث عن حقول ثقالية ضعيفة كارسال المركبات الفضائية و التطبيقات الهندسية الانشائية مثل بناء الجسور المعلقة .
يقول قانون الجاذبية العام لنيوتن :
أن كل جسم يجذب جسما آخر في الكون بقوة محمولة على الخط الواصل بين المركزين و شدتها متناسبة طرديا مع كتلتيهما و عكسيا مع مربع المسافة بينهما .
انتشر مصطلح الجاذبية الأرضية مبكرا كون فكرة التجاذب كانت راسخة حسب النظرة النيوتنية ، لكن الترجمة الدقيقة للمصطلح بارتباطه بمقهوم الثقل (gravity) و تغير النظرة إلى هذه القوة بعد ظهور نظرية النسبية دعمت تسميتها بقوى الثقالة .
الكتل تتبادل التجاذب بين بعضها بقوة متبادلة ، وهي ضئيلة نسبيا للكتل الصغيرة ، وتتناسب هذه القوة تناسبا طرديا مع كتل الاجسام وتناسبا عكسيا مع مربع المسافة بينهما فتكون العلاقة الرياضية:
ق = ج (ك1 × ك2) / ف2
ق هي القوة
ك1 و ك2 كتل الجسمين المتجاذبين
ف هي المسافة الفاصلة بين مركزي كتلة الجسمين
ج هي ثابت التجاذب بين الكتل وقيمته ج = 6.6742 × -1110 نيوتن·م 2 /كغ 2
هذا القانون مثل معظم قوانين الميكانيك الكلاسيكي يطبق على الاجسام النقطية أما الاجسام الكبيرة ذات الاشكال
المختلفة فنعمد إلى تطبيق حسبان التكامل من اجل الحصول على شدة قوة الثقالة المطبقة عليها .
طبيعة قوى الثقالة حسب النظريات الفيزيائية :-
قوة الثقالة في الميكانيك الكلاسيكي قوة مباشرة بعيدة المدى بمعنى أن هذه القوة تستطيع التأثير عن بعد بدون واسطة و
يتم تأثيرها بشكل لحظي فأي تغير في موقع أحد الجسمين يرافقه تحول لحظي في الجاذبية بينه و بين الجسم الآخر ، ولكي يفسر اسحاق نيوتن هذه الخاصية عمد إلى تعريف حقل ثقالى عالمي موجود في كل نقطة من الفضاء . هذا الحقل هو حقل شعاعي يعبر عنه بشعاع في كل نقطة و يمثل قوة الثقالة التي تتعرض لها واحدة الكتل عندما توضع في هذه النقطة .
وكما عرفنا من فرضيات النسبيه الخاصه والتي تبقى ثابته في النسبيه العامه ان سرعة الضوء سرعه مطلقة ولايمكن لأي جسم بأي حال من الاحوال تخطي هذه السرعه .. وهنا يرد الاستفسار والتعارض فيقول أينشتاين مادامت سرعة الضوء لايمكن تخطيها فكيف أن تأثير قوة الجاذبيه هو تأثير لحظي ؟؟
هذا يعني ان قوة الجاذبيه بين جسمين سوف تتلاشى بصوره لحظيه بزوال أحد الجسمين مهما كانت المسافه بينهم !!! يبدو الامر غير منظقي لأينشتاين.
ولتوضيح أكثر فلو فرضنا أن الشمس قد أختفت من الوجود فأننا في تلك اللحظه سوف نسبح في الفضاء وبشكل متزامن مع اختفاء الشمس ... لكن المنظق يقول لو كانت قوة الجاذبيه بين الشمس والارض تنتقل بسرعة الضوء وهي السرعه العظمى لما تمكنا من الاحساس بأختفاء الشمس الا بعد مضي مايقارب الثمان دقائق ... هذا الاستشكال دفع أينشتاين لايجاد تفسير علمي أخر لقوى الجاذبيه.
تنص نظرية النسبية العامة لاينشتاين على أن وجود أي شكل من أشكال المادة أو الطاقة أو العزم يحدث انحناء في الزمكان ، وبسبب هذا الانحناء فان المسارات التي تسلكها الاجسام يمكن أن تنحرف أو تغير اتجاهها ضمن الزمن . و هذا الانحراف يظهر لنا على انه تسارع نحو الاجسام الكبيرة و عرفه نيوتن بأنه ثقالة او جاذبية .
ويمكن تصور شكل الكون الجديد الذي طرحه أينشتاين في النسبيه العامه على أنه ليس فراغ ولا مملوء بمايسمى بالاثير بل كل كوننا وبما فيه المسافات الشاسعه بين المجرات مملوءه بالماده أو بالاحرى بنسيج متناسق في الفراغ.
وبمثال بسيط يمكن تصور الكون كما وصفتهه النسبيه العامه ... تصور أن لديك قطعه من الجلي (ماده هلاميه) ثم حاول وضع ماده أخرى صلبه بحجم صغير لتكن بذرة حمص مثلا على قطعة الجلي ماذا تلاحظ؟
سوف نلاحظ إنحناء الماده الهلاميه حول الماده الصلبه وهذا ما صوره أينشتاين بالضبط عن الكون فالكون ينحني حول الكتل الكبيره انحناءا زمكانيا (زمان-مكان) ليشكل لنا نسيج من الزمكان المنحني حول ذلك الجسم.
هل تتصورون ماذا يحدث للضوء لو مر خلال هذا النسيج؟ سينحني الضوء ايضاً !! وهذا ينفي أيضا الفكره القديمه التي تقول بأن الضوء ينتشر بخطوط مستقيمه !!! فالضوء القادم من النجوم لاتراه أعيننا قبل الانحناء مرات ومرات حول الاجرام التي يمر بجانبها.
وبذلك يكون أينشتاين قد نفى كل مستقيم وكل مطلق في الكون !! وقد سُمي الكون عندئذِ بالكون الاحدب
يمكن تصور كيفية أنحناء الضوع حول الكتل بمشاهدة هذا الرابط
https://www.youtube.com/watch?v=T884m5_QzWM&feature=related
وهذا مقطع أخر يبين أستبدال جاذبية نيوتن بتحدب الكون والتفسير الجديد الذي جاء به أينشتاين
https://www.youtube.com/watch?v=qbxiOhEmO5E&feature=related
اثبات النسبيه العامه وانحناء الضوء :-
كان اول شاهد تجريبي يعزز النظرية النسبية هو كسوف للشمس في جنوب افريقيا بتاريخ (29 نيسان عام 1919) طبعا عالم الفيزياء النيوتونية هو عالم محسوس من خلال الحياة اليويمة اما عالم النسبية فهو غير ملموس لذلك هو لم يبدو معقولا امام الناس لأنه رسم للكون وقتها أطر كون يصعب تخيله ..فواجهت ردود افعال قوية رافضة ناهيك عمن اعتبرها مؤامرة يهودية خبيثة لتقويض دعائم الفيزياء .
طبعا المكان في النظرية النسبية هو وسط محدب يفرض على الضوء نوعا من الانحراف يمكن حسابه مقدما و التنبؤ به يعني وعلى اساس مبدأ التكافؤ بين الجاذبية و التحدب فإن الضوء تجذبه الأجسام الثقيلة كالشمس تماما كما تجذب الكتل المادية ..
ونتيجة لهذا فإن يمكن التبؤ أن الضوء المنبعث من نجم في وضع ظاهري قريب من الشمس يصل إلى الأرض كما لو ان النجم يميل قليلا عن الشمس و هذا يعني أن النجوم القريبة من الشمس تبدو كما لو كانت تحركت قليلا بعيدا عن الشمس و بعيدا عن بعضها ..
وهذا شيء لا يمكن ملاحظته في الاحوال العادية حيث النجوم غير مرئية في النهار بسبب سطوع ضوء الشمس .. ولكن يمكن تصوير ذلك إبان الكسوف فوتوغرافيا حيث القمر يحجب ضوء الشمس ..و في أثناء الليل - اي أثناء غياب الشمس - يمكن قياس المسافة على الصورتين و حساب الأثر المتوقع ..( ليس في ليل الكسوف ..ولكن في ليل تكون فيه الشمس في نفس الموقع المرصود من السماء) .
وتقدم اللورد آرثر إدنجتون (وهو من أعظم علماء الفلك) بطلب رسمي بألف جنيه لتمويل حملة علمية إلى جنوب افريقيا ..من اجل تصوير النجوم أثناء الكسوف ..و مقارنتها بصورة الليل التي التقطت منذ شهور حيث الشمس كانت في نفس الموقع المرصود من السماء ..وتمت المقارنة و جاءت الحسابات كما تنبأ آينشتاين !!..مخالفا جموع العلماء .. و حينها أبرق ادنجتون إلى صديقه آينشتاين يزف إليه الخبر و النتيجة ..
فرد آينشتاين بحس الدعابة الذي يملكه فقال : إنه واثق من صحة نظريته و سلامة تنبؤاته ، ولو كانت النتيجة قد جاءت مختلفة لرثي لحال صديقه العزيز آرثر إدنجتون .
و هكذا بفضل بعثة ادنجتون اجتازت النسبية العامه أولى اختباراتها .
موضوع: الحلقة التاسعه - النظريه النسبيه العامه 
السبت فبراير 23, 2008 6:53 pm
