2الحلقة الثانية من دراسة نظرية الانفجار العظيم 10-2نظرية الانفجار العظيم

هل هي حدث فريد أم متكرر إلى مالانهاية؟ ماذا قبل وماذا بعد البغ بانغ؟ً صراع النسبية العامة وميكانيكا الكموم الكوانتوم وما بع33دهما، ه33ل سنص33ل يوم33ا لنظري33ة ك33ل ش33يء، وه33ل نعيش في ك33ون متع33دد؟ )النم33اذج المختلف33ة لأك33وان

متعددة( وهل نعيش في محاكاة حاسوبية، كون "ماتريكس"؟د. جواد بشارة

مبدأ التكافؤ والجاذبية النسبية:أ-

، بسبب سهوين:1905فشلت نظرية النسبية، كما صاغها أينشتاين عام • لم يقل شيئًاً عن الكيفية التي يرى بها المراقبون المتسارعون الع33الم وق33وانين

الفيزياء. • لم يشمل الجاذبية في جميع النظريات الفيزيائي33ة الموص33وفة بواس33طة ق33وانين

مستقلة عن المراقب والقصور الذاتي.ا كلمت33ان ولكن، كم33ا لاح33ظ أينش33تاين، ك33ان "التس33ارع" و "الجاذبي33ة" هم33ا أيض33ً رئيسيتان لظاهرة لوحظتا تجريبياً وذكرا عدة م33رات هن33ا: عالمي33ة الس33قوط الح33ر

)1للأجسام. كان أينشتاين أحد أتباع التجارب الفكري33ة Gedankenexperimentباللغ33ة الألمانية(، لذلك حاول أن يتخيل ما قد يراه مراقب في السقوط الح33ر في مج33ال الجاذبية، والذي وصفه لاحقًا بأن33ه "أس33عد فك33رة لوج3وده" الأم3ر ال3ذي دفع3ه إلى اكتشاف مبدأه الأساسي وهو، مب33دأ التك33افؤ. في الواق33ع، تخي33ل أينش33تاين نفس33ه منعزلًا في مصعد يسقط بحرية دون إمكانية مراقبة البيئًة الخارجي33ة، أدرك أن أي33ا من التجارب الميكانيكية التي يمكنه القيام بها لن يمنع33ه من الاعتق33اد بأن33ه يع33اني من القصور الذاتي وبعيداً عن أي مصدر. من الجاذبية. ومع ذلك، كان هذا صحيحًا فقط بسبب المساواة، لجميع الأشياء، بين سقوط الأجسام ذات الكتل والأجس33ام ذات الكتل الخامل33ة. تش33ير ه33ذه المس33اواة ض33منياً إلى أن33ه إذا رمى ش33يئًاً أمام33ه مباشرة، فسوف يراه يستمر في مسار مستقيم، حتى ل3و ك3ان أي م3راقب ث3ابت في مجال الجاذبية سيرى المص33عد ومحتويات33ه تس33قط م33ع تس33ارع مماث33ل. وعلى العكس من ذلك، إذا افترض الم33رء أن المص33عد يق33ع بعي33داً عن أي مص33در لحق33ل الجاذبي33ة ويتم س33حبه بتس33ارع ث33ابت، فيمكن لم33راقب مقف33ل في ه33ذا "الإط33ار المرجعي المتسارع" أن يعتقد تمامًا أنه يقع في مج33ال الجاذبي33ة ولن يك33ون لدي33ه وسيلة ميكانيكية لتمييز تسارع مرتبط بفعل ق33وة ش33د عن ذل33ك المرتب33ط بمج33ال

الجاذبية.

أعلاه، توضيح لمبدأ التك33افؤ بين الكت33ل الج33ادة والخامل33ة. أدن33اه، رس33م توض33يحي للقصور الذاتي الظاهر، من وجه33ة نظ33ر الم33راقب في الس33قوط الح33ر )المرتب33ط

بالمنزل(، لمسار جسم تم إطلاقه في مجال الجاذبية. كان من الممكن صياغة كل ما سبق في وقت مبكر من عصر ني33وتن، وم33ع ذل33ك، كانت عبقرية أينشتاين هي النظر في ك33ل ه33ذه الأش33ياء من وجه33ة نظ33ر جدي33دة، والتأكيد على أن المعنى الحقيقي للملاحظ33ة المعروف33ة لم تكن عالمي33ة الس33قوط الحر هوية الكتل الجادة والخاملة، بل هوية الجاذبية والتس33ارع: التغي33ير المناس33ب للإطار المرجعي يمكن دائمًا على ما يبدو أن يقمع تأثير مجال الجاذبية. ومع ذلك،33ًا، نظ33رًا لأن المج33ال الحقيقي، مث33ل لا يمكن أن يكون هذا المبدأ صحيحًا إلا محلي33ًا، مم33ا يع33ني، ، وج33و انح33راف بين مس33ارات مج33ال الجاذبي33ة الأرض33ية، ليس ثابت جسمين على مسافة كافية. في السقوط الحر )نتحدث عن "تأثير الم33د والج33زر"

أو "الانحراف الجيوديسي"(. رسم توض33يحي للاختلاف بين التس33ارع المنتظم )على اليس33ار( ومج33ال الجاذبي33ة الحقيقي )على اليمين(، عندما ينظر المرء ليس فق33ط إلى الفع33ل المحلي، ولكن

في مجال أكبر. يدفع تأثير المد والجزر الكت33ل النقطي33ة لتق33ترب ببطء من بعض33هاالبعض.

وهكذا عقد أينشتاين أول عنصرين رئيسيين في "النسبية العامة" المستقبلية: • لكي يتعامل مبدأ النسبية أيضًا مع الأطر المرجعية المتسارعة، كان لا مف33ر من

التركيز على الجاذبية؛ • بم33ا أن الجاذبي33ة والتس33ارع لا يس33تطيعان، ب33المعنى ال33دقيق للكلم33ة، تع33ويض بعضهما البعض محلياً، فإن النسبية العام33ة لا ب33د أن تك33ون نظري33ة محلي33ة، وال33تي بدت متماسكة مع فعل الجاذبية ال33ذي لا يح33دث "على مس33افة"، ولكن "بواس33طة اتص33ال". علاوة على ذل3ك، نظ3رًا لأن إع3ادة ص3ياغته لمب33دأ النس33بية ق3د تض33منت تضمين الكهرومغناطيسية في النظريات النسبية، فسرعان ما كان لدى أينش33تاين حدس مفاده أن الضوء يجب أن يتأثر أيضًا بمجال الجاذبية. في الواق33ع، إذا تخي33ل المرء نفسه، في مصعد في حالة سقوط ح33ر، مص33در ض33وء يص33ُدر فج33أة ش33عاعاً ضوئياً، فهناك احتمالان. إما أن يلاحظ الم3راقب الموج3ود في المص33عد أن الض33وء يتبع مسارًا مستقيمًا، وهذا يع33ني أن33ه بالنس33بة لم33راقب على س33طح الأرض، ف33إن المس33ار ال33ذي يتبع33ه الض33وء ليس مس33تقيمًا؛ أو أن الم33راقب في المص33عد نفس33ه يلاحظ أن مسار الضوء ليس مستقيمًا، في حين أنه يبدو كذلك بالنس33بة للم33راقب على الأرض. وم33ع ذل33ك، بالنس33بة لأينش33تاين، ليس هن33اك أي ت33ردد في أن يك33ون ل33ديك: لا يمكن للم33راقب على الأرض ب33أي ح33ال من الأح33وال أن يص33دق نفس33ه بالقصور ال3ذاتي لأن33ه مض33غوط على الأرض في مج33ال الجاذبي33ة، بينم3ا من ناحي33ة أخرى، المراقب في حالة سقوط حر يمكن أن يعتقد محلي33ا أن33ه في حال33ة قص33ور ذاتي. وبالتالي، يبدو منطقياً أن الضوء ينتقل في خط مس33تقيم بالنس33بة للمص33عد،

. لاح33ظ2مما يعني أيضًا أنه يجب أن يتأثر بمجال الجاذبية، مث33ل أي جس33م م33ادي أيضًا أن هذا يتفق مع مبدأ التك33افؤ بين الكت33ل الخامل33ة والخط33يرة، فق33د أظه33رت النسبية الخاصة أن القصور الذاتي مرتبط بالطاقة وليس فقط بالكتلة بح33د ذاته33ا )ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن الحديث عن "قصور الضوء" هو ه33راء لأن معي33ار سرعته لا يمكن أن يتغير(. بناءً على ق33وة ه33ذا المنط33ق، كتب أينش33تاين في ع33ام

مقالًا توقع في33ه ت33أثير الجاذبي33ة على الض33وء، وحيث أظه33ر أن ه33ذا الت33أثير،1911 بالإضافة إلى انحراف الضوء المار ب33القرب من الش33مس، يجب أن يك33ون ك33ذلك. ترجم بواسطة "احمرار" الضوء المنبعث من جس33م س33ماوي ض33خم )نتح33دث عن "تأثير أينشتاين"(: تردد الضوء المرص33ود بعي33داً عن المص33در أق33ل من ذل33ك ال33ذي

انبعث منه عند سطح الجسم. ومع ذلك، فإن هذه الفرضية الخاصة بالتأثير المحتمل للجاذبية على الضوء، مهمة ج33داً في النس33بية العام33ة، وهي تش33هد على الاختلاف الأساس33ي بين وجه33ة نظ33ر أينشتاين حول الجاذبية النسبية ووجهات نظر الشخصيات الأخرى.، مثل بوانكاريه

Poincaré أونورستروم Nordströmفي الواقع، وضع مبدأ التك33افؤ في الموض33ع الأول . ، التخلي عن صيغة لورن33تز1912من افتراضات نظريته، اختار أينشتاين، في عام

المتغيرة للجاذبية، من أجل إعطاء الأخيرة دورًا خاصًا فيما يتعلق بالجاذبية. - فيما يتعلق بالظواهر الفيزيائية الأخرى، وهو نهج يسمح لها أيضًا بتوس33يع مب33دأ النس33بية

ليشمل جميع المراقبين، حتى المتسارعين منهم. ل3ذا بينم33ا يح33اول الجمي33ع تغي33ير الجاذبية للتعبير عنها في الزمكان عند مينكوفسكي، يتخذ أينشتاين مسارًا مختلف33ًا تمامًا ويفضل تعديل مفهوم الزمكان مرة أخرى. ووفقًا لوجهة نظره، فإن عالمي33ة الجاذبية وسقوط الأجسام الحر تج33دان نفس التفس33ير، وه33و أن الجاذبي33ة ليس33ت "قوة" مث33ل الآخ33رين، ولكنه33ا مج33رد تعب33ير عن هندس33ة الفض33اء )-زمن(. إذا ك33ان بإمكان المراقبين في السقوط الحر أن يصدقوا أنفسهم بالقص33ور ال33ذاتي، ف33ذلك لأنهم كذلك، تمامًا مثل مراق33بي لورنتزي33ان في غي33اب مج33ال الجاذبي33ة. ببس33اطة، عندما يوجد مصدر لحقل الجاذبية، يتم تعديل الهندسة الزمكاني33ة، ولا يجب اعتب33ار33ًا )أو ريماني33ان(. علاوة على ذل33ك، الفضاء )الزمن( إقليدياً )أو مسطحًا(، بل منحني نظرًا لأنه كان معروفًا منذ مينكوفس33كي أن المك33ان والزم33ان مج33رد أوه33ام، وأن

، فق33د ج33اءMinkowskianالكائن المطلق "الحقيقي" هو الزمكان المينكوفيس33كس .Minkowskianأينش33تاين بش33كل أك33ثر دق33ة للتخلي عن الهندس33ة المينكوفس33كية لاعتماد هندسة ريمانية زائفة تجعل من الممكن وصف زمكان منحني.

في هذا النهج، فإن حقيق33ة أن المس33ارات ال33تي يتبعه33ا المراقب33ون "في الس33قوط الحر" )أي كل تلك التي لا تخض33ع لأي ق33وة حقيقي33ة( لم تع33د خطوط33ًا مس33تقيمة، ولكن مسارات أخرى، تج33د تفس33ير ط33بيعي. ه33ذه المس33ارات، ال33تي تعمم فك33رة "الخط الإقليدي"، تعتمد فق33ط على الهندس33ة وليس على طبيع33ة الراص33د "ال33ذيا في الزمك33ان، يسقط". ونظرًا لأن الضوء، مثل أي جسم مادي آخ33ر، م33درج أيض33ًا بمج33ال الجاذبي33ة، ح33تى ل33و ك33انت الكتل33ة الص33فرية فمن الحتمي أن يت33أثر أيض33ً للفوت33ون تش33ير إلى أن خط33وط الأك33وان المتعقب33ة ليس33ت مث33ل تل33ك الخاص33ة بالجسيمات الضخمة. النسبية العامة كونها هندسية للجاذبية ع33بر هندس33ة ريم33ان، يصبح من الحتمي، من أجل فهم جوهر نظرية أينشتاين بشكل أفضل، ق33ول بض33ع

كلمات عن هذه الهندسة، بوضوح دون الخوض في التفاصيل بالضرورة.ب - الهندسة الريمانية والجيوديسية:

33ًا، هي الهندس33ة ال33تي تم دراس33تها من المدرس33ة الابتدائي33ة، والمس33تخدمة يومي الهندسة إقليدس، عالم الرياضيات اليوناني من الق33رن الراب33ع قب33ل الميلاد. يح33دد الأخير بدقة المفاهيم المألوفة للمستوى، والخط، والنقطة، وما إلى ذلك، وإضفاء

33ًا، وال33تي13الطابع الرسمي على نظريته بالكامل في عناصره، مقسمة إلى كتاب افتراض333ات أساس333ية. وم333ع ذل333ك، من بين ه333ذه5تب333دأ بتعريف333ات مختلف333ة و

الافتراض33ات، هن33اك واح33د تس33بب في ت33دفق الكث33ير من الح33بر، المع33روف باس33م "المسلمة الخامسة لإقليدس"، أو حتى "مسلمة المتوازيات". يقول إنه "في ظل وجود خط ونقطة خارجه، يوجد خط واحد فقط يم33ر ع33بر ه33ذه النقط33ة الموازي33ة للخط الأول والمضمنة في المستوى الذي يحدده الأخير النقطة التي تق33ع خارج33ه

. في الواقع، طرح السؤال لفترة طويل33ة لمعرف33ة م33ا إذا ك33انت ه33ذه الفرض33ية3"واحدة حقًا، أو ما إذا كان يمكن توضيحها من الآخرين وبالتالي فهي مجرد نظرية.

، لاA( والنقط33ة BCرسم توضيحي لافتراض إقليدس الخامس: بالنظر إلى الخط ) . البي3ان الأولي للمس3لمة يتعل33قA( يم3ر ع3بر BCيوجد سوى سطر واحد موازٍ ل3 )

(.ABC( و )ACB( مقارنة بزوايا )NAB( و )MACفي الواقع بالقيم الزوايا )

There's more to discover in the WordPr

لم تتم تسوية الس33ؤال بش33كل نه3ائي ح33تى الق3رن التاس33ع عش33ر بواس33طة ع3الم الرياضيات الألماني كارل فري33دريش غ33اوس، الروس33ي نيك33ولاي الأول ف33انوفيتش لوباتشيفسكي والمجري يانوس بولياي، اللذان قاما، بشكل مس33تقل عن بعض33هما البعض، ببناء "أشكال هندسية منحني33ة" تم فيه33ا تع33ديل ه33ذا الاف33تراض الخ33امس،33ًا. لك33ون ه33ذه الأش33كال الهندس33ية حيث كان عدد المتوازيات صفرًا أو حتى لانهائي متماسكة تمامًا مثل تلك الخاصة بإقلي33دس، ف33إن ه33ذه الفرض33ية الخامس33ة ك33انت بالفعل واحدة. ومع ذلك، قدم عالم الرياضيات الألماني ج33ورج فري33دريش برن33ارد ريمان مساهمة كبيرة في هذه المشكلة، عندما صاغ، بعد سنوات قليلة، ما يعرف الآن باسم "هندسة ريمان". كان الأم33ر يتعل33ق ب33التعميم، على المس33احات من أي

وBolyai وGauss، وأصبحت هندس33ة Gaussأبعاد، لمفهوم الانحناء الذي قدمه غاوس Lobachevski"33ّة وحتى هندسة إقليدس مجرد أمثل33ة معين33ة على "الهندس33ة الريماني

)الفضاء الإقليدي - أو الإقليدية الزائفة مث33ل مس33احة مينكوفس33كي - هي مس33احة منعدمة الانحناء(. والأكثر إثارة للدهشة أنه أثناء تطوير هندسته، كان ل33دى ريم33ان حدس مفاده أنه نظرًا لأنه كان أكثر اتساعاً وعمومي33ة من نظ33يره إقلي33دس، فق33د

يكون، على الرغم من المظاهر، أكثر توافقًا مع " العالم الحقيقي ".

في الواقع، على الرغم من تأكيدات الفيلس33وف الألم33اني إيمانوي33ل كان33ط، فليس للفضاء سبب ليكون إقليدياً بديهياً، لأنه حتى لو بدا أن التجارب التي أجريت تتف33ق مع الهندسة الإقليدية، يمكننا فقط إجراء قياسات خطوة بخط33وة وعلى مس33افاتا ص33ياغتها بطريق33ة قصيرة. الآن، خصوصية الهندسة الإقليدية هي أنه33ا يمكن أيض33ً "عالمية"، وجميع الخصائص مستقلة عن مقي33اس القي33اس المس33تخدم. من ناحي33ة أخرى، فإن المساحات الريمانية متطابقة محلياً مع الفضاء الإقليدي، ولكنها ق33د لا تكون متجانسة، أو متناحرة، أو حتى "ثابت33ة على نط33اق واس33ع". ه33ذه الملاحظ33ة، التي قد تبدو للوهلة الأولى مجردة بعض الشيء، فهي ليست سوى نس33خ لش33يء معروف جيداً من الآن فصاعداً: حتى لو بدت الأرض مس3طحة بالنس3بة لن33ا، فنحن نعلم جيداً أن هذا صحيح محلياً فقط، الأرض كونها سطحًا منحنياً أقرب إلى الكرة منها إلى السطح المستوى. لذلك ك3ان ح3دس ريم33ان بك33ل بس3اطة أن التس33طيح الظاهري للفضاء ربما كان مج3رد وهم مش3ابه لتس3طيح الأرض، فق3ط القياس3ات على مسافات أكبر يمكن أن تحل هذا السؤال. وهكذا، كما فعل أينش33تاين بش33كل مس33تقل لاحق33ًا، أدرك ريم33ان أن هندس33ة الفض33اء لا يمكن تحدي33دها إلا بالتجرب33ة.33ًا توضيح لحقيقة أن الكرة )أو أي سطح منحني أملس آخر( يمكن اس33تيعابها محلي

في سطح مستوى. فيما يتعلق بهذا التحديد التجريبي، من المستحس33ن عم33ل ق33وس رياض33ياتي أخ33ير ح33ول موض33وع مفه33وم الانحن33اء. في الواق33ع، هن33اك نوع33ان من الانحن33اء: الانحن33اء33ًا" ومُح33دد الجوهري، والانحناء الخارجي، فقط الن33وع الأول "قاب33ل للقي33اس تجريبي جيداً لكائن "مشمول" في الفضاء الذي يدرسه. بتعبير أدق، يمكن قياس الانحن33اء الجوهري للفضاء مباشرة باستخدام دراسة خصائص الأشكال الهندسية المض33منة في ذلك الفضاء. وهكذا، في حالة الأسطح، يمكن تحديد الانحن33اء الج33وهري، على سبيل المثال، من خلال دراس33ة المثلث33ات ال33تي يمكن رس33مها على ه33ذا الس33طح،

درج33ة فق33ط في حال33ة س33طح مس33تو )انظ33ر180ومجموع زوايا المثلث يس33اوي الشكل التالي(.

رسم توضيحي لتحديد علامة الانحناء الجوهري للسطح باس33تخدام مثلث مرس33وم عليه. إذا كان السطح مسطحًا )= إقليدي(، فسيكون مجموع زواي33ا المثلث دائم33ًا

33ًا )الش33كل المرك33زي(،180يساوي درجة. من ناحية أخرى، إذا كان الانحناء موجب فسيكون هذا المجموع أكبر، أو أصغر إذا كان الانحن33اء س33لبياً )الش33كل الس33فلي(. نلاحظ أن جوانب المثلث بحكم التعريف هي "جيوديسية" )انظر لاحقًا في النص(،

التعميم للمساحات المنحنية لمفهوم الخط الإقليدي المستقيم.

هناك طريقة أخرى لتحديد علامة الانحناء الجوهري وهي النظر، عند نقطة معينة، في المستوى المماس للسطح وإلقاء نظرة على سلوك السطح فيما يتعلق به33ذا المستوى المماس، حول النقطة ال3تي تم النظ3ر فيه3ا. إذا ك3ان الس3طح لا يلمس المستوى وظل موجوداً على نفس الجانب )حالة الكرة(، يكون الانحناء موجباً. إذا اعترض السطح الطائرة وعبره33ا ح33تى )حال33ة "س33رج الحص33ان"(، يك33ون الانحن33اء سالباً. أخيرًا، إذا ك3ان الس3طح يحت3وي على خ3ط تق3اطع م3ع المس3توى، ولكن3ه لا يتق33اطع مع33ه، ف33إن الانحن33اء يك33ون ص33فراً )حال33ة المس33توى أو الأس33طوانة، انظ33ر

الشكل التالي(

الانحناء الخارجي هو، من جانبه، كمية لا يتم تعريفها إلا عندما يعتبر المرء الفض33اء الهندسي ج3زءًا من مس3احة ذات أبع3اد أعلى. ه33ذا على س33بيل المث33ال م3ا نفعل33ه3ًا إع3ادة إلى فض33اء ثلاثي الأبع3اد. وبالت33الي، يمكنن33ا أن عندما نعت3بر الس3طح داخلي33ًا نعتقد مسبقًا أن الأسطوانة عبارة عن سطح منحني، وم33ع ذل33ك، إذا رس33منا مثلث على سطح أسطوانة، يمكننا بسهولة أن نرى أن مجم33وع ه33ذه الزواي33ا الثلاث ه33و

درجة: الأسطوانة لا لديه انحناء خ33ارجي واح33د فق33ط )انظ33ر الش33كل180بالفعل التالي(. هناك طريقة أخرى لفهم هذه النتيجة وهي الاعتقاد بأن الأسطوانة ليست أكثر من "مستوى ملفوف"، وطالما أنه يمكن "فتح" سطح ووضعه مسطحًا بدون المسيل للدموع، فهذا يعني أنه ليس منحنياً بطبيعته. وهي مج33رد طريق33ة معق33دة لقول إنه من المستحيل عمل نمط ك33روي بورق33ة واح33دة دون الحاج33ة لاحق33ًا إلى

قطع جزء من الورقة للحصول على الكرة. التكافؤ الجوهري بين الط3ارة والمس33توى الإقلي33دي. ح3تى إذا تم اعتب3اره كس33طح مغمور في مساحة ذات بعد أعلى، فإن الط33ارة له33ا انحن33اء خ33ارجي، ف33إن ه33ذا لا

يميزها حقًا لأنه يتم تعريفها بطريقة فريدة فقط بمجرد إعطاء "التضمين". كان هذا الاستطراد في الانحناءين مهمًا، لأنه يسمح لن33ا بالإص33رار على حقيق33ة أن الانحن33اء الوحي33د ال33ذي تم ذك33ره لاحق33ًا س33يكون الانحن33اء الج33وهري، وه33و الحجم،33ًا.. بتعب33ير أدق، يف33ترض بطريق33ة م33ا، "مطل33ق" وبالت33الي يمكن تحدي33ده تجريبي أينشتاين، في نظريت3ه عن النس3بية العام3ة، أن الزمك3ان ه3و فض3اء ريم3اني، وأن انحراف المس33ارات بين المراق33بين في الس33قوط الح33ر في مج33ال الجاذبي33ة ليس سوى "دليل رصد" للانحناء الجوهري الن33اجم عن مص33در المج33ال. بعب33ارة أخ33رى، وفقًا لأينشتاين، إذا كان بإمكان المراقبين في السقوط الح33ر في مج33ال الجاذبي33ة

أن يدعّوا محلياً أنهم قصور ذاتي، فذلك لأنهم حقًا: المراقبون بالقصور الذاتي هم أولئًك الذين يسقطون سقوط حرًا، وهذا يعني - الأجسام التي لا تتعرض لأية قوة غير الجاذبية. ومع ذلك، فإن تأثير الجاذبية )= الانحناء الجوهري للزمك33ان(، يمكن33ًا، ويبقى أث33ر الانحن33اء عن33دما يك33ون مهتم فق33ط "مح33وه بتغي33ير الإح3داثيات" محليً بالفيزياء، أو في مسارات المراقبين بالقصور ال33ذاتي، ع33بر مج33الات ممت33دة. ب33دلا من اتب33اع "الخط33وط المس33تقيمة"، كم33ا ك33ان الح33ال في النس33بية الخاص33ة، يتب33ع المراقبون بالقصور ال33ذاتي للنس33بية العام33ة الجيوديس33ية، وهي منحني33ات مكافئ33ًة

محلياً للخطوط المستقيمة وتعممها في إطار الهندسة الريمانية. في الواقع، فإن فكرة الخط المستقيم التي ذكرها إقليدس هي فكرة الخط الذي يتطابق مع نفسه في جميع النقاط، ومع ذلك، هناك تعري33ف آخ3ر محتم33ل ألا وه3و القول بأن الخط المستقيم هو أقصر طريق يرب33ط بين نقط33تين معين33تين. وهك33ذا، يمكن للمرء أن يوسع هذا التعريف الأخير ليشمل حال33ة المس33احات المنحني33ة )=

(، حيث يتم البناء العالمي للمنحنى خط33وة بخط33وة، ح33تى يتمriemanniansالريمانية إعطاء الجيوديسية. كما تستخدم الجيوديسيا باعتبارها تعميمات طبيعية للخط33وط المستقيمة على نطاق واسع كائنات رياضياتية. على س33بيل المث33ال، عن33دما نس33ير للأم33ام مباش33رة، ف33إن الأرض ليس33ت مس33طحة ب33ل منحني33ة، فنحن لا نتب33ع خط33ًا مستقيمًا، بل خطاً جيوديسياً: من خلال الاستمرار بش33كل ك33افٍ نج33د أنفس33نا عن33دا مهم33ة ج33داً نقط33ة البداي33ة. وحقيق33ة أن ه33ذه المس33ارات هي الأقص33ر فهي أيض33ً للملاحة الجوية أو البحرية، وله33ذا الس33بب تق33ترب الط33ائرات ال33تي تع33بر المحي33ط الأطلسي من القطب الشمالي، بينما يب33دو على الخريط33ة أنه33ا تط33ول المس33افة. ترتبط هذه النقطة الأخيرة أيضًا بالاستحالة )المذكورة أعلاه( من صنع نمط كروي ذي صفيحة مسطحة، وهي مشكلة ستظهر لاحقًا عند وص33ف س33قوط جس33يم في ثقب أسود. ومع ذلك، قبل الوصول إلى وصف هذه "الأشياء" التي تنبأت النس33بية العام33ة بوجوده33ا، يبقى من الض33روري إنه33اء وص33ف النس33بية العام33ة باختص33ار، والطريق33ة ال33تي ينتهي به33ا أينش33تاين إلى اكتش33افها وم33ا هي أولى اختباراته33ا

التجريبية.

رسم توضيحي، من خلال الانحراف الذي يظهر بين اثنين من الجيوديسيا الممت33دة بشكل كافٍ، للأنواع الثلاثة المحتملة للانحن33اء لس33طح ريم33اني )= مس33احة ثنائي33ة33ًا للمس33توى الإقلي33دي. الفض33اء الأول ه33و الفض33اء الإقلي33دي الأبع33اد( مك33افئ محلي نفسه، مس33طح في ك33ل مك33ان؛ الث33اني يش33به س33طح الأرض، م33ع انحن33اء إيج33ابي، والأخير له انحناء سلبي، كم33ا ه33و الح33ال بالنس33بة لهندس33تي ب33ولاي ولوباتيفس33كي

Bolyai و Lobachevskiرس33ومات للمقارن3ة م3ع الش3كل الس3ابق توض33ح ت33أثير الم33د . Scientificوالجزر. المصدر "رحلة إلى الجاذبية والزمك33ان" بقلم ج.أ.ويل33ر ، مكتب33ة

American.

ثورة النسبية العامة أو عندما أعاد أينشتاين رسم أشكال الكون

 S² = c² (t2-t1)² - (x2-x1)², ds² = c² dt² - dx²,

 ds² = gtt dt² + gxx dx² + 2 gtx dx dt,

المك33ان والزم33ان عن33د أينش33تاين، مرتبط33ان ارتباط33ًا وثيق33ًا. باكتش33اف ، أزعج أينش33تاين ك33ل مف33اهيم الفيزي33اء1905النس33بية الخاص33ة ع33ام

الكلاسيكية. بعد عشر سنوات، مع النسبية العام33ة، أع33اد رس33م أش33كال الكون ذاتها ورسم له هيكيلية أخ33رى مغ33ايرة. من33ذ ذل33ك الحين، اس33تمر التحقق من صحة حدسه اللامع من خلال الظواهر الكونية مثل الثق33وب السوداء أو موجات الجاذبية. توق33ع أينش33تاين في نظريت33ه عن النس33بية

العامة، أن وجود الثقوب السوداء لن يتم إثباته ح33تى الس33بعينيات. ه33ذه الأجس33ام ض33خمة ج33داً لدرج33ة أنه3ا يمكن أن تش33وه الزمك33ان بش33كل لا

، عن33دما ول33د أل33برت1879 م33ارس 14نه33ائي ... أو ح33تى تمزق33ه. في أينشتاين في أولم بألماني33ا، ك33انت العل33وم الفيزيائي33ة ص33رحًا يق33وم على ركيزتين. من ناحية أخرى، فإن قوانين الحركة )أو الكينماتيكا( للأجسام المادية، التي ذكره33ا غ33اليليو، وق33وانين الجاذبي33ة الكوني33ة ل33نيوتن متقن33ة تمامًا تقريباً. من ناحية أخرى، فإن الكهرومغناطيس33ية - م33ع البحث عن التيارات الكهربائية والمجالات المغناطيسية والض33وء - تس33ير على ق33دم وساق: تم جمع القوانين التي تحكمها في نظري33ة بواس33طة الفيزي33ائيين

(.1928-1853( وهن33دريك لورن33تز )1879-1831جيمس ماكس33ويل ) العقل والحتمية والعلم ينتصرون! هذا هو قرن التجارب: الأدوات متقنة،

دقة القياسات محسوسة ... وهنا تبرز أسئًلة جديدة.

الس3ؤال الأول، الأك3ثر تعقي3داً بلا ش3ك، ه3و س3رعة الض3وء. من3ذ غ3اليليو، نعلم أن سرعات الأجسام المتحركة تتزايد. من الناحي3ة النظري3ة، يجب أن يك3ون ه3ذا ه3وا بالنس33بة للض33وء. ض33ع مص33باحًا على رأس الص33اروخ: يجب أن تك33ون الح33ال أيض33ً سرعة ش33عاع الض33وء مس33اوية لمجم33وع س33رعات الص33اروخ والض33وء. لايهم، ه33ذه ليست القضية. إنه يساوي الضوء وحده. الفيزيائيان الأمريكيان أل33برت ميكلس33ون

تجربة معقدة تهدف إلى التحقق من1887وإدوارد مورلي، اللذان طورا في عام أن سرعة الأرض تضاف إلى سرعة الضوء على حس33ابهما ... ولكن لا يوج3د ش33ك حتى الآن لمهاجمة العقيدة الجليلة وجها لوجه التي تقول بثبات سرعة الضوء في

كافة الأحوال.

السؤال الثاني يتعلق بالزئبق. في منتصف القرن التاسع عشر، لاح33ظ العدي33د من علماء الفلك بالفعل تحولًا طفيفًا في الحضيض الشمس33ي )نقط33ة م33داره الأق33رب إلى الشمس( مقارنة بتنبؤات نظرية نيوتن، ومع ذلك فهي فعالة جداً في حس33اب

ثانية زاوية في القرن. تم ابتك33ار حل33ول مخصص33ة:43موقع الكواكب: تقدم بنحو نحاول تعديل قانون نيوتن للجاذبية، ونفترض وج3ود ك3وكب لم يكتش3ف من قب33ل، فولكان ، يدور بين الشمس وعطارد ، والذي من ش33أنه أن ي33زعج مج33ال جاذبيت33ه ه33ذا الأخ33ير ويش33رح الت33أخر الملح33وظ ... وم33ع ذل33ك ، لا يمكنّ لأي من ه33ذه

المقترحات من حل المشكلة بشكل صحيح.

عندما نش3ر أينش3تاين الش3اب،1905كانت هذه هي حالة العالم العلمي في عام الذي لم يكن قد أكمل درجة الدكتوراه، خمس أوراق بحثية أساسية.

فبدلاً من التبريد، ربما يكون الكون في الواقع يسخن نتيجة لانهيار الجاذبية للمادةالمظلمة والغاز.

"يوفر قياس3نا الجدي3د تأكي3داً مباش3رًا للعم3ل الأساس3ي لجيم بيبل3ز - الح3ائز على - ال33ذي وض33ع النظري33ة ح33ول كيفي33ة تش33كل2019جائزة نوبل في الفيزياء لع33ام

الهياكل واس33عة النط33اق في الك33ون. م33ع تط33ور الك33ون، تس33حب الجاذبي33ة الم33ادة المظلمة والغاز إلى المجرات والعناقيد المجرية. هذا الانجذاب عنيف جداً لدرج33ة أنه يتم ضغط المزيد والمزيد من الغازات وتسخينها، "يش33رح ع33الم الكوني33ات في

جامعة ولاية أوهايو يي-كوان تشيانغ ذلك.

كون بدائي أبرد من الكون الحالي:

لقياس التغيرات الحرارية على مدى العشرة مليارات سنة الماض3ية، ق3ام تش3يانغ وزملاؤه بدمج البيانات من القمر الصناعي الفلكي بلانك الذي يعمل بالأشعة تحت

(.SDSSالحمراء التابع لوكالة الفضاء الأوروبية ومس3ح س33لون ال3رقمي للس33ماء ) في حين أن بلانك كانت أول مهمة أوروبية لقياس درج33ة ح33رارة الخلفي33ة الكوني33ة

هي دراسة ض33خمة متع33ددة الأطي33اف خلقت أك33ثرSDSS(، فإن CMBالمنتشرة )الخرائط ثلاثية الأبعاد تفصيلاً للكون.

الخلفي33ة الكوني33ة المنتش33رة ال33تي لاحظته33ا بعث33ة بلان33ك على ت33رددات مختلف33ة.ائتمانات: تعاون بلانك

من مجموعات البيانات هذه، عبر الفريق ثمانية من خرائ33ط كثاف33ة الس33ماء بلان33ك . بدمج قياس33ات الانزي33اح الأحم33رSDSS مليون مرجع طيفي للانزياح الأحمر 2مع

)التي تسُتخدم عادةً لتحديد م33دى س33رعة تح33رك الأجس33ام بعي33داً عن33ا( وتق33ديرات درجة الحرارة المس33تندة إلى الض33وء، ق33ارن الفري33ق درج33ة ح33رارة س33حب الغ33از

البعيدة )في الوقت المناسب( مع تلك الأقرب إلى الأرض.

درجة حرارة الغاز في بداياتمن هناك، تمكن فريق البحث من تأكيد أن متوسط مليارات سنة بعد الانفجار العظيم( كان أقل مما ه33و علي33ه الآن.4الكون )حوالي

يبدو أن هذا يرجع إلى الانهيار الثق33الي للبني3ة الكوني33ة بم3رور ال3وقت، وه3و اتج33اهسيستمر ويصبح أكثر كثافة مع استمرار تسارع توسع الكون.

لإعادة بناء خرائ3ط ثلاثي3ة الأبع3اد لمن3اطق الك3ون م3عSDSS تم استخدام بيانات SDSSمئًات الآلاف من المجرات. الائتمان:

كما لخصها تشيانغ، فإن الكون يسخن بسبب العملية الطبيعية لتش33كيل المج33رات والش33بكة الكوني33ة، ولا علاق33ة ل3ه ب33التغيرات في درج3ة الح33رارة هن33ا على الأرض. تحدث هذه الظواهر على مستويات مختلفة جداً. وهي غير مرتبط33ة على الإطلاق

بحرارة الأرض.

عواقب الاحترار التدريجي للكون:

في الماضي، جادل العديد من علماء الفلك بأن الكون سيس33تمر في ال33برودة م33ع تمدده، مما سيؤدي حتما إلى البرد الكبير )أو التجمد الكبير(. في المقاب33ل، أظه33ر تشيانغ ورفاقه أن العلماء يمكنهم تحديد تط33ور تك33وين الهياك33ل الكوني33ة من خلال

"التحقق من درجة حرارة" الكون.

ا ت3داعيات على النظري3ات ال3تي تقب3ل "التبري3د يمكن أن يكون له3ذه النت3ائج أيض33ً الكوني" كاستنتاج نهائي. من ناحية، ومن ناحية أخرى تم اق33تراح أن أح33د الحل33ول الممكنة لمفارقة فيرمي ه33و أن ال33ذكاءات أو الحض33ارات الفض33ائية الذكي33ة خ33ارج

(.aestivation( نائمة وتنتظر الكون حتى يتحسن )فرضية ETIsكوكب الأرض )

استناداً جزئياً إلى الديناميكا الحرارية للحوسبة )مبدأ لانداور(، تؤكد الحجة أنه م33ع برودة الكون، ستكون الأنواع المتقدمة قادرة على ضغط المزيد من البنى التحتية الضخمة. أيضًا، إذا ازدادت حرارة الكون بمرور الوقت، فهل يعني ذل3ك أن ظه3ور الحياة سيصبح أقل احتمالًا بمرور الوقت بسبب زيادة الإشعاع الكوني؟ ب33افتراض عدم وجود آلية للحفاظ على توازن حراري معين، فه33ل يع33ني ذل33ك أن الك33ون لن

ينتهي ببرودة كبيرة، ولكن بنيران كبيرة؟

(CCAPPوفقًا لبحث جديد من مركز علم الكونيات وفيزياء الجس33يمات الفلكي33ة ) في جامعة ولاية أوهايو، يبدو أن الكون يزداد سخونة وسخونة بمرور ال3وقت. بع3د التحقيق في التاريخ الحراري للكون على مدى العش33رة ملي33ارات س33نة الماض33ية،

10درج33ة ح33رارة الغ33از الك33وني ق33د زاد أك33ثر من خلص الفريق إلى أن متوس33ط ملي33ون كلفن(. درج33ة مئًوي33ة(2.2 مليون كلفن )~ 2.2مرات ووصل إلى حوالي

اليوم.

نشُرت الدراسة التي تصف النتائج التي توصلوا إليها في مجل33ة الفيزي33اء الفلكي33ة. (.LSSقام الفريق بفحص البيان3ات الحراري3ة ح3ول بني3ة الك33ون واس3عة النط3اق )

يشير هذا إلى نماذج المجرات والمادة على نطاق واسع.

ج- ظهور النسبية العامة: ، كان أينشتاين قد فهم المب33ادئ الرئيس33ية لم33ا يمكن أن تك33ون1911بحلول عام

عليه نظريته في النسبية العامة: • مبدأ النسبية كما تمت صياغته في النسبية الخاصة هو مبدأ عالمي، وهو ينطبق33ًا أم لا(، وجميعهم في حال33ة س33قوط على جميع المراقبين بالقصور ال33ذاتي )محلي

حر.33ًا، ومهم33ا ك33ان ه33ذا • إذا كان هناك مصدر لحقل الجاذبي33ة، يك33ون الزمك33ان منحني الانحناء، فإن المراقبين بالقصور الذاتي يتبع33ون "الجيوديس33يا من الن33وع الزم33ني"

؛5لهذا الزمكان • التسارع محلياً دائمًا ما يعادل وجود مجال الجاذبية.

لذلك كانت المهام الوحيدة المتبقية له هي صياغة كل هذا رياضياً واكتشاف كي33ف يثني مصدر الجاذبية بدقة الزمكان، وهو ما يرقى إلى إيجاد المعادلة الرمزية التي

سبق ذكرها:

الاختلاف النسبي في مجال الجاذبية النسبية = كثافة الكتلة والطاقة النسبية. طلب أينشتاين، الذي كان يجه33ل هندس33ة المس33احات المنحني33ة في ذل33ك ال33وقت، المساعدة من صديقه، عالم الرياضيات الألماني مارسيل غروسمان. هذا الأخ33ير،ا، انغمس في أعم33ال الذي لم يكن في البداية خبيرًا في هذا المجال المح33دد أيض33ً ريمان وعمل "خلفائه"، عالم الرياضيات الألماني إلوين برونو كريستوفيل، وكذلك الإيطاليين غريغوريو ريتشي كورباسترو وتوليو ليفي سيفيتا. لن يتم تفصيل الأدلة الخاطئًة المتنوعة التي اتبعها آينش33تاين وغروس33مان، والأم33ر المهم ه33و أنهم33ا في

قاما بالتوقيع على أول مقال تم فيه وصف الجاذبية باس33تخدام "م33وتر1913عام م33تري"، وه33و م33وتر مش33تق بش33كل ط33بيعي من الهندس33ة الريماني33ة وال33تي تم33يز

10المساحات المنحنية. هذا الموتر، الذي سيتم وصفه بإيجاز ش33ديد، يتك33ون من "جهود جاذبية"، ويجع33ل من الممكن التعميم10معاملات مستقلة )إنه متماثل(، و

على الفض33اء المنح33ني مض33روباً في فك33رة المس33افة بين الزمك33ان ال33تي ق33دمها مينكوفسكي. كل من معاملات ه33ذا الم33وتر اعتم33اداً على الموض33ع في الزمك33ان،

بتعري33فMinkowskiوالفكرة هي استبدال التعريف العام والمسطحّ ل3مينكوفسكي محلي ومنحني. أولاً، يجب إعادة كتابة معادلة مينكوفس33كي م33ع إعط33اء المس33افة

S² = c² (t2-t1) ² - (x2-x1)( ،x2 ، t2 3( و )x1 ، t1التي تفصل بين حدثين، مع إحداثيات ) ، في حالة اقتراب هذين الحدثين ، مما يجعل من الممكن الوصول إلى التعريف²

+ x1 + dx، t1( و )x1، t1 ، حيث يكون للأحداث إحداثيات )ds² = c² dt² - dx²المحلي dt مربع المسافة الآن ، )ds²،هاتان المعادلتان متكافئًتان تمامًا، لكن الثانية محلية .

بينما كانت الأولى عالمية أو شاملة. ومع ذلك، كما قيل سابقًا، تستدعي الهندس33ة الريمانية بالضرورة المفاهيم المحلية، فمساحات ريمان ليست بالضرورة موحدة. وبالت33الي، ب33دءًا من ه33ذه المس33افة المكاني33ة والزماني33ة الثاني33ة، المحلي33ة ولكن المسطحة، فإننا نقدم بشكل طبيعي الانحن33اء المحلي من خلال الكتاب33ة أن33ه يجب

خلال من عام بشكل المسافة ، حيثds² = gtt dt² + gxx dx² + 2 gtx dx dtتحديد إذا10 هي معاملات المقياس ، والتي سوف نتحقق من أنها بالفع33ل gالمعامِلات

كتبنا جميع المصطلحات الممكنة التي تتضمن إحداثيين. في ه33ذا التعب33ير المحلي، في0 أو 1 أو -1ينتج انحناء الزمكان من حقيقة أن هذه المعاملات )التي تساوي

sحالة الزمكان لمينكوفسكي( ليست ثابتة، ولكنها تعتم3د على الإح3داثيات ) ، d) من النقط33ة المدروس33ة. وم33ع ذل33ك، نلاح33ظ أن ع33دم ثب33ات المقي33اس ه33و ش33رط ضروري غير كافٍ لوجود انحن33اء )راج33ع حال33ة المس33توى الإقلي33دي الموص33وف في

الإحداثيات القطبية(. أم33ا بالنس33بة لمب33دأ النس33بية المعمم، فه33و ينص ببس33اطة على أن التغي33يرات في أنظمة الإحداثيات التي تربط الأطر المرجعية التي تتخذ فيها قوانين الفيزياء نفس

دونS²الشكل ليست فقط تلك المرتبطة بتحولات لورينتز والتي ت33ترك المس33افة كمية ثابت33ة. ن33بينds²ّتغيير.، ولكن بشكل عام، جميع التغييرات المحلية التي تعتبر

أن هذا الثبات يشير إلى مخاريط الضوء، حتى لو لم تعد الأخ33يرة متوازي33ة بس33بب انحناء الزمكان )انظر الشكل التالي(. يوض33ح ه33ذا الثب33ات لمخاري33ط الض33وء م33رة أخرى أهمية هذه الأشياء الهندسية ويؤكد حقيقة أنه حتى في النسبية العامة، فإن

سرعة الضوء ثابتة ولها نفس القيمة لجميع المراقبين، على الرغم مما نعنيه به33ذا33ًا تظ33لds²القول احيانا. علاوة على ذلك، فإن حقيقة أن33ه يجب علين33ا تحدي33د محلي

متوافقة أيضًا مع وجود وقت مناسب محدد على ط33ول خط33وط الأك33وان من ن33وع " ، ويجعل المرءdτ = ds / c( بواسطة العلاقة "ds²> 0الوقت )= الجيوديسية التي

للجيوديسيا نفس تصنيف خطوط الأكوان ، ويفصل بينها في "نوع الزمن" و "ن33وعا "الجيوديس33يا الفض33اء" و "ن33وع الض33وء" )ه33ذه الأخ33يرة هي بعض وتس33مى أيض33ً

الفارغة"(.

توضيح الزمكان للنسبية العامة )للمقارنة )على سبيل المث33ال لأرق33ام مماثل33ة في الزمك33ان لمينكوفس33كي( حيث تظه33ر خط33وط الك33ون لمراق33بين وبعض مخاري33ط الضوء التي "يعترضونها". تدل مسلمة النسبية المعممة على أن هذه الأقم33اع هي نفسها لجميع المراقبين، حتى لو كان انحناء الزمكان يعني أنها ليس33ت بالض33رورة

"موازية". ولتط33بيق مب33دأ الثب33ات المحلي ه33ذا وبن33اء نظري33ة كامل33ة، من الض33روري تق33ديم شكليات رياضياتية كاملة والتي قد تب33دو مج33ردة تمام33ًا لأولئ33ًك ال33ذين لا يتقنونه33ا، وهذا هو السبب في أن فهم ما سبق لم يكن كافياً لأينشتاين وغروس33مان للعم33ل على النظرية بأكملها. مع ذلك، من المهم التأكيد هنا على أن م33ا ورد أعلاه يص33ف )تقريباً( كل ما نحتاج إلى معرفته لتوسيع مبدأ النسبية الذي ص33اغه أينش33تاين في نظريته النسبية الخاصة ليشمل جمي33ع المراق33بين، ح33تى م33ع التس33ارع. إن الثب33ات

)م33عds²المحلي والعامة )ليس فقط فيما يتعلق بالتحولات الخطية للإحداثيات( ل3

شكليات الهندسة الريمانية المرتبطة( كافٍ لتطبيق مبدأ النسبية المعمم في حالة الزمك333ان حيث الجاذبي333ة لن تك333ون موج333ودة، على س333بيل المث333ال الزمك333ان المينكوفس33كي. وم33ع ذل33ك، لم يكن ه33ذا ه33و الأهم أو الأك33ثر إش33كالية بالنس33بة لأينشتاين وغروسمان، فالنسبية العامة تذهب إلى أبعد من ذلك لأنه33ا غ33ير راض33ية عن كونها تعميمًا لمبدأ النسبية لجميع المراقبين الأحرار: إنها أيضًا نظرية الجاذبية النسبية. م33ا اس33تغرقه أينش33تاين وغروس33مان أط33ول وقت ه33و الحص33ول على م33ا يعادل معادلة نيوتن التي تصف مج33ال الجاذبي33ة الن33اتج عن توزي33ع كتل33ة معين، أي المعادلة الرمزية التي سبق ذكرها. كان لديهم معيار اختيار قوي ج33داً: تم تطبيق33ه على حالة حقول الجاذبية الضعيفة، وكان على نظرية الجاذبية الجدي33دة أن تعطي

نظرية نيوتن مرة أخرى. ومع ذلك، مع إدخال المقياس الزماني المك33اني المحلي كتعميم نس33بي لإمكان33ات الجاذبية، قد يعتقد الم33رء أن ش33روط المعادل33ة الرمزي33ة ق33د تم تعريفه33ا بالكام33ل تقريباً، حيث تقرر أيضًا أن "كثافة الكتلة النسبية- سوف يكون موتر طاق33ة النبض الم33ذكور س33ابقًا. في الواق33ع، ظ33ل "التب33اين النس33بي" فق33ط في مج33ال الجاذبي33ة مجهولًا، لكن تحديد ه33ذا المش33غل الرياض33ياتي اس33تغرق ع33دة س33نوات لأينش33تاين )تخلى غروسمان عن التعاون في منتصف الطريق(، الذي لم يحصل على نسخته

. بعد ف33ترة وج33يزة، اق33ترح1915النهائية من "معادلات أينشتاين" حتى نهاية عام عالم الرياض33يات الألم33اني ديفي33د هيل33برت، ال33ذي ن33اقش مع33ه أينش33تاين بإس33هاب أفك3اره ومش33كلاته الرياض33ياتية، علاوة على ذل3ك، اش33تقاقاً آخ3ر له3ذه المع3ادلات يستند إلى مبدأ متغير وما يعرف الآن باسم "أينش33تاين-هيل33برت لاغ33رانج". وح33تى إذا جاء التحقق الحقيقي للنظرية من خلال التجربة سريعاً، فق33د اقتن33ع أينش33تاين،

(، ب333 "ص33حة" معادلات33ه من خلال الحس33اب1915 نوفم33بر 25منذ إرسال مقالته ) الذي كان لديه. حقيقة تتعلق بما يعتبر أحد الاختب33ارات الأساس33ية الثلاث33ة للنس33بية

العامة مسار مدار عطارد وحضيضه. معادلات أينشتاين للنس33بية العام33ة م33ع الث33ابت الك33وني )لام33دا على اليمين(. على

الذي يصف هندس33ة الزمك33ان، على اليمين يظه33ر م33وترGاليسار، موتر أينشتاين الذي يصف محتوى المادة. في عبارة ويلر "الزمكان يخ33بر الم33ادةTزخم الطاقة

كيف يجب أن تتحرك والمادة تخبر الزمكان كيف يجب أن ينحني".

د- الاختبارات الأساسية الثلاثة: قرابة منتصف القرن التاسع عشر، قام عالم الفلك الفرنسي أورب33ان جوزي33ف ل33و فيرييه بقياس إزاحة الحضيض )نقطة في م33دار ك33وكب يق33ع على مس33افة لا تق33ل عن الشمس( من عطارد بمرور الزمن. كما تنبأت نظرية نيوتن، كان هن33اك تق33دم

في الحضيض الشمسي بسبب "اضطرابات الجاذبية" الناجمة عن التج33اذب ال33ذي تمارسه أجسام أخرى في النظام الشمسي على ك33وكب عط33ارد. وم33ع ذل33ك، في حين أن نظرية نيوتن المرتبطة بالكواكب المعروف33ة تنب33أت بح33دوث تح33ول ق33دره

. ك33انت572 ثاني33ة قوس33ية في الق33رن، أعطت الملاحظ33ة قيم33ة ق33درها 529 الملاحظات موثوقة، لذلك في السنوات التي تلت التفس33يرات الفيزيائي33ة الفلكي33ة

ثاني3ة من الق3وس الف3ائض، ت3تراوح ه3ذه43المختلف3ة، تم النظ3ر فيه3ا من أج3ل الافتراض33ات من وج33ود فولك33ان برك33ان )جس33م أق33رب إلى الش33مس من عط33ارد والذي ادعى البعض أنه يلاحظ، أحياناً في عدة أم33اكن في نفس ال33وقت(، إلى أن تسطيح الشمس )انظ33ر على س33بيل المث33ال كت33اب آيزنش33تاد(. وم33ع ذل33ك، لم يتم التحقق من أي من الأفكار التي تم النظر فيها بوسائل أخرى. إن الملاحظة و / أو جعلت من الممكن تفسير هذه الفجوة "الكبيرة" بين النظرية والملاحظ33ة، وظ33ل

.1915اللغز دون حل في عام بسرعة كبيرة، وحتى قبل الحصول على النسخة النهائية من نظريته الجدي33دة في الجاذبية، كان لدى أينشتاين فكرة أنه بمجرد حص33وله على نظري33ة ق33ادرة على رد

الحض33يض المتق33دم للزئب33ق. فيlالجميل لنيوتن، كان اختبار عباد آخر هو حساب الواقع، هذا الأخير هو الكوكب الأقرب إلى الشمس، فهو يق33ع في المنطق33ة ال33تي يكون فيها مج33ال الجاذبي33ة أق33وى، وبالت33الي من الم33رجح أن يش33هد على تع33ديلات قانون الجاذبية مقارنة بقانون نيوتن. والآن، حتى لو، خلال السنوات الطويلة التي سعى فيها مع غروسمان للحصول على نظريت33ه الجدي33دة، اخت33بر أينش33تاين جمي33ع

أج3رى حس33اباً ذهب إلى ح3د جعل3ه1915المرش3حين دون ج3دوى، وفي نوفم3بر يع33اني من خفق33ان القلب )وفق33ًا لنظريت33ه الخاص33ة((: تنب33أت نظريت33ه بالنتيج33ة

الصحيحة تمامًا.

رسم توضيحي لظاهرة الحضيض التقدمي لكوكب معزول ي33دور ح33ول نجم. ه33ذه الظاهرة ناتجة عن تص33حيح تم إج33راؤه على الجاذبي33ة النيوتوني33ة بواس33طة نظري33ة أينشتاين. إن التأثيرات مبالغ فيها للغاية من أجل جعل التحول مرئياً مع عدد قليل

من الثورات.

من المثير للاهتمام أيضًا أن نذكر أن هذه الظاهرة موجودة أيضًا بالنسبة للأجسام الأخرى في النظام الشمسي، ولكن تأثيرها أضعف بكثير من تأثير عط33ارد بس33بب المسافة الأكبر من الشمس. على سبيل المثال، بالنسبة إلى كوكب الزهرة، ثاني

ثاني33ة قوس33ية8.6أقرب كوكب، فإن الفرق بين النظرية النيوتوني33ة والنس33بية ه33و بالنسبة للمريخ. ولكن على ال33رغم1.35فقط لكل قرن، وهي قيمة تنخفض إلى

من ضعف القيمة الأخيرة، منذ أن "هبطت" مجسات الفايكنج على سطح الم33ريخ ، ف33إن رص33دها باس33تخدام موج33ات الرادي33و، لع33دة س33نوات، س33مح1976في عام

للمريخ بأن يصبح الجسم الذي يتقدم تم قياس الحضيض بأقصى دقة، في تواف33قتام مع تنبؤات النسبية العامة.

حيث تم تق33ديم النس33خة النهائي33ة من1915من ناحي33ة أخ33رى، في مق33ال ع33ام فيم33ا يتعل33ق1911نظريت33ه، ص33حح أينش33تاين النتيج33ة ال33تي أعلن عنه33ا في ع33ام

بالاختب33ار الأساس33ي الث33اني للنس33بية العام33ة: انح33راف مس33ار ض33وء ق33ريب من الشمس. لقد أجرى بالفعل أول عملية حسابية بنسخة خاطئًة من نظريته وك33انت

. وم3ع ذل3ك، على عكس2النتيجة التي تم التنبؤ بها بعد ذلك خاطئًة بمعامل قدره تقدم حضيض عطارد الذي كان معروفًا قبل نظرية أينش33تاين بف33ترة طويل33ة، ك33ان هذا التأثير الثاني تنبؤًا بالنسبية العامة، وكان من الممكن أن يتم التحقق منها قبل

دون "مش33اكل" مختلف33ة مث33ل الح33رب العالمي33ة الأولى )لمزي33د من1919ع33ام ، بالاس33تفادة1919التفاصيل، انظر كت33اب آيزنش3تاين(. على أي ح3ال ، في ع3ام

من الكسوف الكلي للشمس )مما جعل من الممكن مراقب33ة النج33وم ال33تي يمكن رؤيتها بالقرب من القرص الشمسي دون أن تغرق في وض33وح الأخ33ير( ، رحلت33ان استكشافيتان أكدتا الفرق البريطانية بقيادة آرثر إدينجتون توقع أينشتاين ، والقيم المقاس33ة ، ب33القرب من ال33دائرة الشمس33ية ، لزاوي33ة الانح33راف من قب33ل ف33ريقين

+/-33 1.98مستقلين ) +/-33 1.61 و 0.12 0 33، ثوان قوسية( تتفق جي33داً م33ع3 ثانية قوسية ، على عكس القيمة الأقل بكث33ير ال33تي1.75القيمة المتوقعة البالغة

ا ل333 المزي33د من يمكن توقعها في إط33ار ني33وتن )تم قي33اس الانح33راف الأص33غر أيض33ً النجوم البعي33دة ، م33رة أخ33رى وفق33ًا للتنب33ؤات(. علاوة على ذل33ك، تم اختب33ار ه33ذه النتيجة مرة أخرى بعد ذلك بوقت قص33ير لص33الح كس33وف كلي آخ33ر للش33مس في

، بين عشية وضحاها، اكتسب أينش33تاين ش33هرة1919. ولكن منذ عام 1922عام دولية بين عامة الناس، الغالبية العظمى من المجلات التي استغلت الفرصة ، بعد33ًا ، فترة وج33يزة من نهاي33ة الح33رب ، لإظه33ار كي33ف أثبت ع33الم بريط33اني أن ألماني يتحدى كل ما يبدو أنه حدس طبيعي جداً حول المك33ان والزم33ان ، ك33ان محق33ًا في

مواجهة نيوتن العظيم.

رس33م توض33يحي لظ33اهرة انح33راف الض33وء عن33دما يم33ر ب33القرب من جس33م ض33خم ينط33وي، وفق33ًا لتفس33ير أينش33تاين، على تش33وه أك33بر في الزمك33ان. )أ(: تمثي33ل تخطيطي للانحن33اء؛ )ب( المواض33ع ال33تي ل33وحظت خلال الكس33وف؛ )ج( المواق33ف الحقيقية التي يمكن التحقق منها بسهولة في الليل. الآثار مبالغ فيها لجعل الفرق

ومبدأ التجربة أكثر وضوحا. يتعلق "الاختبار الكلاسيكي" الثالث للنسبية العامة ب3 "تأثير أينشتاين"، وهو التغ33ير في التردد الذي يمر به الضوء أثناء مروره من مكان يكون فيه مجال الجاذبية ل33ه قيمة معينة إلى مكان آخر حيث القيمة مختلف33ة. في الواق33ع، ه33ذا الاختب33ار، ال33ذي يعادل مقياس تأثير مجال الجاذبية إذا كان الوقت أطول في إدراك33ه من الس33ابق، حتى لو مرت به النسبية العامة اليوم بنجاح كبير في ظل ظروف عديدة. وهك33ذا،

من قب33ل الأمريك33يين روب33رت في باون33د1960تم إج33راء التحق33ق الأول في ع33ام وغلين إيه ريبكا في مجال الجاذبية الأرضية م33ع اختلاف في مج33ال الجاذبي33ة ي33أتي

م33ترًا بين مص33در الض33وء والمتلقي. على ال3رغم22فقط من اختلاف ارتفاع يبل33غ من الاختلاف النسبي الض33ئًيل ج33داً في الط33ول الم33وجي ال33ذي ك33انوا ي33أملون في

(، فقد نجحوا15-10قياسه في ظل هذه الظروف )جزء واحد لكل مليون مليار، أو بفضل استخدام واحدة من أش33هر "الس33اعات الطبيعي33ة" الأك33ثر دق33ة في الع33الم: إزالة الإثارة الذرية التي تؤدي إلى إنتاج فوتون من طاقة مح33ددة بدق33ة، من خلال

. كم33ا ستوض33ح بعض1957الت33أثير ال33ذي اكتش33فه رودول33ف موس33باور في ع33ام التفاصيل التاريخية في الفقرات التالية حول الاختبارات الأكثر حداث3ة في النس3بية العامة، تزامنت تجربة باوند وريبكا م33ع ال33وقت ال3ذي ب33دأت في33ه النس33بية العام33ة، بفضل تطور الفيزياء الفلكية عالية الطاقة، في أن تصبح موضوعاً ج33ديرًا باهتم33ام علم33اء الفيزي33اء النظري33ة، ال33ذين س33بق أن فض33لوا فيزي33اء الكم33وم وال33ديناميكا

الكهربائية الكمومية. كثيرًا ما كرر أينشتاين أنه عندما كان ص33غيرًا ج33داً، ح33اول أن يتخي33ل كي33ف س33يبدو33ًا" على موج33ة ض33وئية وأن ه33ذا س33اعده على تص33ور نظريت33ه الك33ون لع33الم "راكب

النسبية.3ًا يق33ول الن33اس، يمكن لنظري33ة الجاذبي33ة ل33نيوتن أن2 على عكس ما نسمعه أحيان

تستوعب بشكل جيد فعل الجاذبي33ة على الض33وء، وذل33ك بفض33ل الرؤي33ة الجس33دية

لهذه التي كان نيوتن يمتلكها. ومع ذلك، في سياق النسبية العامة، ليس للجاذبي33ة نفس التأثير بالضبط على الضوء وعلى الأجسام الضخمة، بسبب الكتلة الص33فرية للفوتون33ات. بالإض33افة إلى ذل33ك، يجب ألا يك333ون الض33وء الم33وجي ق33ادرًا على "انحرافه" بواسطة مجال الجاذبية النيوتونية، بينما يمكن أن يكون كذلك في حالة

النسبية العامة. يعرّف إقليدس سابقًا خطين متوازيين على أنهم33ا "خط33ان، مض33منان في نفس3

المستوى وممتدان إلى أجل غير مسمى، ليس لهما نقطة تقاطع". هذه النقطة تستحق مناقشة أطول مم33ا ه33و ممكن ومرغ33وب في33ه هن33ا. انظ33ر،4

.Science and the Hypothesis، Poincaré (1902)على سبيل المثال، سيتم تعريف تعبير "الجيوديس3ية الش3بيهة ب3الزمن" لاحق3ًا، ولكن3ه مج33رد تعميم ل3 "خط الكون الشبيه بالزمن" الذي واجهته سابقًا في الزمك33ان عن33د مينكوفس33كي. علاوة على ذلك، من المثير للاهتمام أن نلاحظ أنه بعد سنوات قليلة من الص33ياغة33ًا إلى جنب م33ع ليوبول33د إنفيل33د وب33انيش النهائي33ة لنظريت33ه، أوض33ح أينش33تاين، جنب هوفمان، أن فرضية الحركة الجيوديسية لم تكن ضرورية: الحرك33ة الجيوديس33ية ل3 الجسيم النقطي هو نتيجة مباش33رة للمع3ادلات ال3تي تعطي مج3ال الجاذبي3ة وفق3ًا

للمصدر الذي يخلقه. بشكل أكثر دقة، كان الأمر يتعلق بتحديد نتيجة هذا العامل المطب33ق على م33وتر6

، وهو "م33وتر أينش33تاين" ويتض33من كمك33ون أساس33ي م33وتر انحن33اء ريم33ان-gمتري كريستوفل.

على الرغم من أنه يسُمع أحياناً أن هيل33برت ق33د اكتش33ف ه33ذه المع33ادلات قب33ل7 أينش33تاين )ال33تي لم ي33دعها هيل33برت مطلق33ًا(، إلا أن ه33ذا خط33أ يتعل33ق بحقيق33ة أن التاريخ الذي أرسل فيه هيلبرت النسخة الأولى من مقالته تسبق تلك التي أرسلها أينش33تاين. وم33ع ذل33ك، ف33إن النس33خة الأولى من مقال33ة هيل33برت لا تحت33وي على المعادلات، والنسخة النهائية تعطيهم ملاحظة مفادها أنهم في اتفاق جيد م33ع تل33ك

التي اكتشفها أينشتاين مؤخرًا. من المهم أن نلاحظ أنه منذ ذل33ك الحين تم التحق33ق من انح33راف الض33وء عن8

طريق مجال الجاذبية في بيئًات تجريبية أخرى بدقة أفضل بكثير.