نسبیت عام
نسبیت عام
اینشتین پس از تکمیل نظریۀ نسبیت خاص به اصلاح نظریۀ نیوتون درباره گرانش پرداخت تا آن را با اصول نسبیتی تطبیق دهد. وی میخواست نظریۀ جدیدی درباره گرانش که در آن هم سرعت انتشار گرانش همان سرعت نور باشد (همان چیزی که در نظریۀ نیوتون در مورد گرانش مورد توجه قرار نگرفته بود) و هم بتواند حرکتهای سیارات را بخوبی نظریۀ نیوتون توضیح دهد، ارائه کند.
اینشتین مجبور شد بعضی از تصورات پیشین دربارۀ فضا، زمان و حرکت را کنار بگذارد. در نتیجه، آنچه از جانب وی مطرح و نشان داده شد این بود که میدان گرانشی در فضا(مثل میدان گرانشی ناشی از خورشید)، به اعوجاجی در فضا میانجامد، که شدت آن به میزان جرم جسم بستگی دارد. علاوه بر این دریافت که صرفاً در قالب جهان سه بعدی نمیتوان به راحتی این موضوع را درک کرد و از این رو، در معادلات خود زمان را به منزله بعد چهارم بکار برد. وی رویدادها را در فضا-زمان توصیف کرد، اما باز قدمی جلوتر نهاده و فرض کرد که چهار بعد فضا-زمان میتواند خمیده باشد (تعیین انحنای عام فضا-زمان مسئلهای کلیدی در کیهانشناسی است).
سرانجام در سال 1916 نظریۀ نسبیت عام به طور کاملاً ریاضی بسط داده شد، که شامل معادلات توصیفکنندۀ انحنای فضا-زمان در پیرامون یک جسم پر جرم بود. اگر فضا-زمان را برای فهم بهتر بجای چهار بعدی بودن، دو بعدی و بصورت یک صفحه مسطح فرض کنیم بطوریکه که یک جسم، مانند خورشید، در مجاورت آن حضور دارد، این صفحه مسطح، معوج شده و فرورفتگی ایجاد میشود که نشانگر انحنای فضا-زمان در نتیجۀ میدان گرانشی جسم است. هرچه جرم جسم بیشتر باشد به فرورفتگی بزرگتری در فضا-زمان میانجامد. هر جسمی که بقدر کافی به این فرورفتگی نزدیک شود مجبور است مسیر خود را تغییر دهد. اگر حرکت جسم بسیار آرام و کاملاً به طرف مرکز فرورفتگی باشد، به درون حفرۀ فرورفتگی افتاده و در ته آن ساکن میشود. جسم موقعی که از فرورفتگی عبور میکند، مستقیمترین مسیر ممکن را، که خط ژئودزیک نامیده میشود، طی میکند. اما واضح است گه این خط نمیتواند خط مستقیم باشد، زیرا صفحهای که جسم در آن حرکت میکند، خمیده است. از این رو، جسمی مانند یک دنباله دار، هنگامی که از کنار خورشید میگذرد، در اثر گرانش خورشید چنان تغییر مسیر میدهد که پس از عبور از مجاورتش، راستایی کاملاً متفاوت را در پیش میگیرد. به همین ترتیب، سیارهای مثل زمین، علی رغم سرعت بسیار زیادی که در فضا دارد، گرفتار فرورفتگی فضا-زمان خورشید شده و در میان دامنههای این فرورفتگی برای همیشه گردش میکند.
یکی از پیشگوییهای نظریه نسبیت عام این است که نور به هنگام عبور از مجاورت یک جسم پر جرم منحرف میشود. ماه در حرکت خود بر گرد زمین، گاه کاملاً جلوی نور خورشید را میگیرد و گرفت کامل روی میدهد. در این زمان، مشاهده و اندازهگیری مکان ظاهری ستارگان نزدیک به قرص خورشید امکانپذیر میشود و از این رو میتوان بررسی کرد که آیا انحراف نور آنها در مجاورت خورشید با مقدار پیشگویی شده مطابقت دارد یا نه. البته طبق فیزیک سماوی، مکان ظاهری این ستارگان باید همان مکانی باشد که در اوقات دیگر سال و هنگامی که خورشید در سر راه نور آنها نیست، اندازه گیری میشود.
سه سال پس از انتشار نظریه نسبیت عام از سوی اینشتین، گروهی از اخترشناسان انگلیسی در آفریقا و برزیل، گرفت کامل خورشید را مشاهده کردند و با اندازه گیری مکان ستارگانی که از آنها عکسبرداری کرده بودند، با خوشحالی اعلام داشتند که پیشگویی اینشتین درست است و مکان همه این ستارگان، درست به اندازه ای که وی پیشگویی کرده، جابجا شده بود.
منبع
کتاب ساختار ستارگان و کهکشانها (پاول هاج)