وفقا للنظرية النسبية العامة، فإن الجسم الضخم المتحرك "يسحب" الفضاء معه. أجرى علماء من إيطاليا والولايات المتحدة مؤخرًا سلسلة من الاختبارات، ويزعمون أن النظرية النسبية من المحتمل أن تجتاز هذا الاختبار أيضًا
بقلم: ميشال سعف، غاليليو
وفقا للنظرية النسبية العامة، فإن الجسم الضخم المتحرك "يسحب" الفضاء معه. ومن المتوقع أيضًا حدوث مثل هذا التشوه بالقرب من الجسم الدوار الذي "يلوي" المساحة القريبة منه. كلما زاد حجم الجسم، أصبحت هذه الظاهرة أكثر أهمية. هذه الظاهرة غير موجودة في نظرية نيوتن للجاذبية.
لقد تم التنبؤ بهذا التأثير نظريًا منذ عقود مضت، لكن حتى الآن لم يتم العثور على دليل رصدي يدعم هذا التنبؤ. بالقرب من الأرض، لا يكون مجال الجاذبية قويًا بما يكفي لتشويه الفضاء إلى الحد الذي قد يؤثر على مهماتنا الفضائية أو حركة القمر. ولابد من اختبار هذه الظاهرة تجريبياً باستخدام القمر الصناعي Gravity Probe B، والذي من المتوقع أن يسفر عن نتائج بدقة تبلغ 1%، في موعد لا يتجاوز عام 2006.
تشير القياسات الأخيرة التي أجراها علماء من إيطاليا والولايات المتحدة إلى أن النظرية النسبية قد تجتاز الاختبار. استخدم الباحثون إجنازيو سيوفوليني من جامعة ليتشي في إيطاليا وبافليس من جامعة ميريلاند في الولايات المتحدة زوجًا من الأقمار الصناعية: LAGEOS و LAGEOS 2 – من أجل متابعة التشوه. وقد نشرت الدراسة مؤخرا في مجلة الطبيعة الأسبوعية للعلوم.
والأقمار الصناعية التي تدور حول الأرض على ارتفاع حوالي 6000 كيلومتر، مطلية بمادة تعكس الضوء في الاتجاه الذي قذف منه بالضبط (انظر: "بداية عباءة الاختفاء"، هذا القسم، العدد 72). . إن قياس الزمن المنقضي من لحظة إطلاق شعاع الليزر حتى عودته من سطح الأقمار الصناعية، يجعل من الممكن معرفة موقعها بدقة.
وقد تابع العلماء مدارات الأقمار الصناعية بهذه الطريقة لمدة 11 عامًا تقريبًا. ولوحظت انحرافات طفيفة في مدارات الأقمار الصناعية، وهي مرتبطة، بحسب الباحثين، بالتأثير النسبي لتشوه الفضاء. التشوه الموجود هو حوالي 99% من قيمة التشوه النظري. ومن الصعب تقدير خطأ القياس في هذه التجربة. واعتبر العلماء عدم انتظام مجال الجاذبية الأرضية، عدم انتظام نيوتوني غير نسبي، ينشأ من التوزيع غير الموحد لكتلة الأرض.
واعتمدوا على بيانات من مهمة ناسا المعروفة باسم GRACE، والتي تم إطلاقها في عام 2002 بهدف رسم خرائط دقيقة لمجال الجاذبية للأرض. ومع ذلك، فمن الصعب معرفة ما إذا كانت جميع مصادر الخطأ المحتملة قد تم أخذها في الاعتبار وما إذا كان تأثيرها على النتائج قد تم تقييمه بشكل صحيح.
ومن المحتمل أن الباحثين لم يكونوا دقيقين في تقييم تأثير عدم انتظام مجال الجاذبية النيوتوني. إن مستوى دقة القياسات ليس كافيًا للتأكيد بشكل لا لبس فيه على أن النظرية النسبية "صمدت في الاختبار"، وأن الملاحظات تتوافق مع التنبؤ النظري. ولهذا سيكون من الضروري انتظار نتائج مهمة Gravity Probe B.
تم تأكيد تنبؤ آخر من النظرية النسبية - الأرض تسحب الفضاء من حولها
تم تأكيد أحد آخر تنبؤات نظرية النسبية العامة لأينشتاين بواسطة أداة دقيقة، قامت بحساب كيفية عبور الأرض التي تدور حول محورها عبر نسيج الفضاء في "قفزة فضائية".
26.10.2004
بقلم: آفي بيليزوفسكي
تم تأكيد أحد آخر تنبؤات نظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين، والتي لم يتم إثباتها بعد، من خلال أداة قياس النسبية الدقيقة، والتي قامت بحساب كيفية عبور الأرض التي تدور حول محورها مع نسيج الفضاء في الاعوجاج الفضائي. تم إجراء التجربة مجانًا تقريبًا وتم إجراؤها باستخدام أشعة الليزر الأرضية. ومن المقرر إجراء دراسة مماثلة باستخدام قمر صناعي بقيمة 700 مليون دولار، يسمى Gravity Probe B، والذي تم إطلاقه في أبريل لدراسة هذه التأثيرات بالضبط.
ما هي القفزة الفضائية؟
يتم تعريف "القفزة الفضائية" في القاموس على أنها اضطراب افتراضي في استمرارية الزمكان، وقد تسمح للركاب بالطيران بسرعة أكبر من سرعة الضوء. إنها نتيجة ثابتة للنسبية العامة، التي تصف الجاذبية بأنها انحناء في الفضاء ناتج عن الجسم الموجود داخل بئر الجاذبية.
وفقا للنظرية النسبية العامة، فإن الكتلة التي تدور حول محور سوف تجذب الفضاء المحيط بها. يصبح التأثير مهمًا لفهم حالات الحركة السريعة، مثل النجوم النابضة الدوامة أو حركة الغاز المحيط بالثقوب السوداء. تسمى هذه الظاهرة "سحب الإطار" أو تأثير "تمزق الرمح". تم التنبؤ بها لأول مرة من قبل الفيزيائيين النمساويين جوزيف لينس وهانز ثيرينغ في عام 1918، ولكن حتى ذلك الحين لم يكن لدى العلماء أدوات دقيقة بما يكفي لقياس التغيرات الصغيرة في نسيج الكون.
2 متر كل عام
قام إجنازيو سيوفوليني من جامعة لاتسيو في إيطاليا وبافليس من جامعة ميريلاند في بالتيمور برسم مدارات قمرين صناعيين تابعين لوكالة ناسا: لاغوس ولاغوس 2 لأكثر من 11 عامًا باستخدام أشعة ليزر لقياس المدى بدقة بضعة ملليمترات. وذكر الباحثون في المجلة أن الأقمار الصناعية ستزاح بمقدار مترين كل عام "الطبيعة" الأسبوعية.
ويدعي الباحثون أن النتيجة التي توصلوا إليها هي 99 بالمئة من القيمة التي تتوقعها النظرية النسبية، مع هامش خطأ يصل إلى 10 بالمئة. وقال نيل أشبي، عالم الفيزياء في جامعة كولورادو في بولدر: "هذه النتائج هي أول قياسات دقيقة لسحب الإطار".
لا يوافق الجميع
ومع ذلك، لا يزال بعض العلماء غير مقتنعين بأن القياسات دقيقة بالفعل كما يدعي الباحثون. وقال كليفورد ويل، عالم الفيزياء في جامعة واشنطن في سانت لويس ميسوري والذي يرأس اللجنة الاستشارية العلمية لمسبار الجاذبية ب: "إحدى المشاكل الكبيرة هي كيفية فصل تأثير هذه الظاهرة عن التأثير الأقوى لجاذبية الأرض".
وأضاف ويل: "إذا كانت الأرض متناظرة تمامًا، فسيكون من السهل قياس سحب الإطار، لكن الأرض الخام تخلق مجال جاذبية غير متساوٍ، مما قد يؤدي إلى انحراف الأقمار الصناعية إلى أبعد من سحب الإطار".
التوراة على ساق واحدة
إن النظرية النسبية هي نتيجة لنظريتين عميقتين في الفيزياء وهما من نتاج حياة ألبرت أينشتاين. قدم أينشتاين النظرية النسبية الخاصة لأول مرة في عام 1905 (يسميها البعض "النظرية النسبية الخاصة"). تتناول النظرية العلاقات بين الأجسام التي تتحرك بسرعات ثابتة وفي خطوط مستقيمة. وبعد لايبنتز وماخ، تحدى أينشتاين افتراض مطلقية الزمان والمكان في الفيزياء، وهو ما قبله نيوتن.
يعتمد كل قياس للمسافة والفاصل الزمني على الراصد. فإذا رأى نفسه مكتفيًا في حالة السكون (في "نظام الدوام")، فإن العمليات في نظام الدفع بالنسبة إليه تبدو أبطأ بالنسبة له، وتبدو المسافات أقصر؛ ستظهر كتلة الأجسام في نظام الدفع أثقل. الشيء الوحيد المطلق في جميع الأنظمة هو سرعة الضوء.
التوراة العامة
وفي عام 1915 أضاف النظرية النسبية العامة. وهناك قام أينشتاين بتوسيع النظرية النسبية وطبقها على الأنظمة المتسارعة أيضًا. المبدأ الأساسي هو أن جميع قوانين الفيزياء يجب أن تبدو متشابهة في جميع الأنظمة. وأصر أينشتاين على التكافؤ بين ظاهرة التسارع وظاهرة الجاذبية.
ومن المعروف منذ زمن جاليليو أن جميع الأجسام تتحرك تحت تأثير الجاذبية بنفس الحركة. ولذلك فمن المستحيل معرفة ما إذا كانت حركة متسارعة معينة ناتجة عن سحب الجاذبية، أم أنها تمثل نظامًا غير متسارع، من وجهة نظر النظام المتسارع. وادعى أينشتاين أن هذا التكافؤ أساسي، وأنه لا يوجد فرق بين الاثنين. صاغ نيوتن قانون الجاذبية، لكنه لم يقدم أي تفسير له.
الأرض تسحب الفضاء من حولها
26/10/2004
بقلم أوري بريزون، هآرتس
تأكيد أحد التنبؤات الغريبة للنسبية العامة
قدم مجموعة من الباحثين من الولايات المتحدة وإيطاليا أول قياس دقيق، يشير إلى أن الأرض تسحب الفضاء أثناء دورانها حول محورها. ونشرت نتائج الدراسة، التي أجريت بالتعاون بين عدة جامعات ووكالة الفضاء ناسا، قبل أيام، وهي تؤكد نظرية النسبية العامة لأينشتاين، وتظهر أن أحد أغرب تنبؤاتها يحدث بالفعل.
نشر أينشتاين النظرية النسبية العامة عام 1916، وهي تصف تأثير الأجسام الكبيرة، مثل النجوم والكواكب، على الفضاء المحيط بها وعلى الأجسام الأخرى التي تتحرك في هذا الفضاء. في الفيزياء الحديثة، يعود وصف الكون إلى تشخيص أينشتاين بأن الفضاء "ينحني" حول الأجسام الكبيرة. لتخيل ذلك، يمكنك التفكير في كرة ثقيلة تستقر على مرتبة ناعمة. تشبه الحفرة المتكونة حول الكرة "حفرة الجاذبية" التي تخلقها النجوم في الفضاء المحيط بها. الكتلة الضخمة للنجم تسبب تشوه أو انحناء في الفضاء ونتيجة لذلك يتغير مسار حركة الأجسام الأخرى التي تتحرك في محيط هذا الجسم.
سبب انجذابنا إلى الأرض هو أننا في "قاع" بئر الجاذبية الذي تخلقه في الفضاء. للابتعاد عن الأرض، يجب علينا استثمار الطاقة (على سبيل المثال، عن طريق تشغيل محرك صاروخي)، تمامًا كما يجب على الشخص الموجود في قاع حفرة عادية أن يستثمر الطاقة للخروج منها.
لقد غيّر أينشتاين مفهوم الفضاء في العلوم تمامًا. توقفت المساحة عن أن تكون موحدة وناعمة واتخذت شكلاً أكثر تعقيدًا، مع هيكل وخطوط منحنية. أدت معادلات النسبية العامة والفهم الجديد لطبيعة الفضاء إلى تنبؤات حول ظواهر إضافية يجب أن تحدث فيه، تتجاوز خلق ثقوب الجاذبية. واحدة من أغرب هذه التنبؤات صاغها مجموعة من الباحثين في وقت مبكر من عام 1918 وهو التنبؤ المتعلق بسحب الإطار. وبحسب التوقعات، ستحدث تشوهات في الفضاء في المنطقة المجاورة مباشرة للنجوم والكواكب، والتي ستنتج مباشرة عن دورانها حول محورها.
وهذا تشويه يمكن تصوره إذا فكرنا في كرة تنس تدور في خزان من الزيت السميك. سوف يتشكل نوع من الدوامة حول الكرة. سيؤدي الاحتكاك بين الكرة والزيت أثناء دورانها إلى سحب طبقة من الزيت حول الكرة. وبالمثل، تتنبأ النسبية العامة بأن الفضاء نفسه سوف ينجرف حول النجوم والكواكب. ستشبه المساحة المحيطة بهم حفرة، منحنية ومشوهة في اتجاه دوران النجم. يعد سحب الفضاء تأثيرًا فريدًا، تنبأت به معادلات النسبية العامة، وبالتالي فإن قياسه يعتبر تأكيدًا قويًا جدًا للنظرية.
إن سحب الفضاء الذي يحدث حول الأرض دقيق للغاية. حتى سنوات قليلة مضت، لم تكن هناك تكنولوجيا حساسة بدرجة كافية لقياس التأثير، وأدت محاولات القياس المختلفة إلى نتائج غير دقيقة. قبل نصف عام، تم إطلاق القمر الصناعي Gravity Probe B لإجراء قياس دقيق (خطأ يصل إلى 1%) لسحب الفضاء لأول مرة، لكن نتائج القياسات التي يجريها لن تتم معالجتها إلا في العام المقبل. وفي الوقت نفسه، تمكنت مجموعة الباحثين الأمريكيين الإيطاليين من إجراء قياس بهامش خطأ يصل إلى 10%، وهو الأفضل حتى الآن.
تم إجراء القياس من خلال فحص دقيق للتغيرات في مدار قمرين صناعيين بحثيين هما LAGEOS وLAGEOS 2. وقد تم إطلاق هذين القمرين الصناعيين لتمكين رصد حركة القارات ويقومان بإرجاع أشعة الليزر التي يتم إرسالها إليهما من الأرض. أرضي. أظهر حساب التغير في موضع الأقمار الصناعية في مدارها حول الأرض تغيرًا يبلغ حوالي مترين سنويًا، وهو بالضبط التغيير الذي تنبأ به حساب السحب الفضائي. ويعزز هذا القياس ثقة العلم في النظرية النسبية العامة ويعتبر شهادة أخرى على عبقرية أينشتاين.
