نظریه نسبیت عام

به طور خلاصه این نظریه نسبیت عام است و فرض اصلی آن انحنای فضا و زمان با استفاده از ماده و انرژی موجود در آن را بیان می کند. چیزی که مسئله را پیچیده تر می کند، توزیع مواد و انحنای فضا-زمان است که منجر به بوجود آمدن یک حلقه فیدبک و ریاضیات پیچیده ای می شود. بنابراین وجود توده ماده/انرژی به تعیین هندسه فضا و هندسه فضا به تعیین حرکت جرم/انرژی منجر می شود.

در فعالیت های روزمره قانون گرانش نیوتون یک تقریب خوب است. انحنای نور هیچ وقت توسط نیوتون پیشبینی نشده بود. اما در ترکیب با نسبیت خاص، همه اشکال انرژی (از جمله نور) یک جرم موثر دارند، پس منطقی است که نور با عبور از کنار خورشید، گرانش آن را احساس کند و از مسیر خود منحرف شود. ستاره شناس انگلیسی، آرتور ادینگتون در سال 1919 با استفاده از اندازه گیری های انجام شده در غرب آفریقا در طی یک خورشید گرفتگی این نظریه را اثبات کرد و پس از آن نسبیت علمی در جامعه علمی تایید شد.

در طول قرن، تئوری در آزمایش های مختلفی به طور دقیق و قوی اثبات شد. در این تئوری مدار بیضی شکل سیارات نیز به خوبی توجیه می شود، و حتی توضیح می دهد که مدار آنها تکرار نمی شود و با هر انقلاب مقدار اندکی تغییر می کند.

در سال 2004 گاوشگر گرانشی B با یک ژیرسکوپ حساس برای آزمایش انحنای فضا-زمان به مدار زمین ارسال پرتاب شد. در سال 2011 تحلیل نهایی نتایج منتشر شد که طبق پیشبینی نسبیت عام، کمی نزدیک تر شده بود.

نظریه نسبیت عام را می توان با استفاده از معادله بسیار ساده ای توضیح داد: R = GE (اگرچه معادله ای که انیشتین تدوین کرد بسیار پیچیده تر است.) متاسفانه متغیر ها در این رابطه ریاضی ساده، پیچیده هستند. R یک شی پیچیده ریاضی است که از 16 عدد جداگانه در یک ماتریس یا تنسور تشکیل شده است که انحراف فضا-زمان را توضیح می دهد. G ثابت گرانش است و E یک عدد پیچیده دیگر است که با یک تنسور نمایش داده می شود و نماینده انرژی است. با این حال چیزی که معادله می گوید ساده است: گرانش نیرو نیست و اما باعث انحراف فضا زمان می شود؛ هندسه فضا زمان فقط به سرعت بستگی ندارد و انرژی جسم هم مهم است( آنگونه که نسبیت خاص می گوید). در نظریه نیوتون، گرانش به جرم بستگی دارد، اما در نسبیت جرم معادل انرژی در نظر گرفته می شود.

استیون هاوکینگ و راجر پنروز در سال 1970 در قضیه تکینگی با استفاده از نظریه نسبیت عام نشان دادند که ستاره ها با سقوط در یک تکینگی به پایان عمر خود می رسند و جهان نیز از یک تکینگی مانند انفجار بزرگ بوجود آمده است. این قضیه همچنین نشان می دهد که نسبیت عام یک نظریه ناقص برای نشان دادن چگونگی آغاز جهان است، زیرا پیش بینی می کند، که همه نظریه های فیزیک( از جمله خودش) لزوما در یک تکینگی مانند انفجار بزرگ شکست می خورند.

با گذشت تقریبا یک قرن نظریه نسبیت عام همچنان تاثیر گذار ترین نظریه فیزیک مدرن است که تقریبا همه از تمام جنبه های زندگی آن را قبول کرده اند. نظریه انیشتین وجود سیاهچاله ها و همچنین آغاز جهان از تکینگی مانند انفجار بزرگ را از مدت ها قبل پیش بینی کرده بود. اگر چه انیشتین به هر دو این ها مشکوک بود.

راه پیش رو برای فیزیک تلاش برای ترکیب نسبیت عام( نظریه ای بسیار بزرگ برای توصیف نیروهای بنیادی گرانش) و نظریه کوانتوم( نظریه ای بسیار کوچک برای توصیف نیرو های بنیادی دیگر یعنی الکترومغناطیس، نیروی هسته ای قوی و نیروی هسته ای ضعیف) در نظریه واحدی به نام گرانش کوانتومی است که به عنوان نظریه همه چیز شناخته می شود و نامزد هایی مانند نظریه ابر ریسمان و گرانش کوانتومی حلقه دارد.



منبع:
www.physicsoftheuniverse.com