نسبیت عام

نسبیت عام:

نظریه‌ای برای گرانش است که در سال‌های بین ۱۹۰۷ و ۱۹۱۵ توسط آلبرت اینشتین گسترش یافت. براساس این نظریه، حرکت اجسام تحت گرانش ناشی از خمیدگیفضازمان به دلیل حضور جرم‌هاست. به بیان دقیق‌تر، اجسام همواره – چه در فضای تهی و چه در حضور ماده و انرژی – 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 مسیرهای 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.

در آغاز قرن بیستم، قانون جهانی گرانش نیوتون 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 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 سامانه‌ی خورشیدی را به خوبی توصیف می‌کرد و زمان ظاهر شدن ستارگان دنباله‌دار را به دقت پیش‌بینی می‌نمود.

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 تیر اشاره کرد. علاوه بر این، نسبیت عام پدیده‌های جدیدی را هم پیش‌بینی می‌کند، مانند همگرایی گرانشی، امواج 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 درمورد برخی نیز در حال حاضر جستجو ادامه دارد. برای مثال، هم‌اکنون گروه‌هایی از دانشمندان در پروژه‌هایی نظیر لیگو (LIGO) و ژئو۶۰۰ (GEO 600)، در تلاش برای مشاهدهٔ مستقیم امواج گرانشی هستند، هرچند قبلاً وجود این امواج به طور غیرمستقیم تأیید شده‌است.

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 تابش‌هایشدید 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.

فرمول بندی ریاضیات: $G_{\mu \nu} + \Lambda g_{\mu \nu}= {8\pi G\over c^4} T_{\mu \nu}$