النظرية النسبية العامة هي نظرية للجاذبية طورها ألبرت أينشتاين ونشرها في عام 1915. وهي تُعتبر واحدة من أهم النظريات العلمية في تاريخ الفيزياء، حيث غيرت فهمنا للجاذبية والكون بشكل جذري.

المبادئ الأساسية :

*

الجاذبية كانحناء الزمكان:

تختلف النظرية النسبية العامة عن نظرية نيوتن للجاذبية، حيث لا تعتبر الجاذبية قوةً في حد ذاتها، بل نتيجة لانحناء الزمكان (الزمكان هو مزيج من الزمان والمكان). الأجسام الضخمة تُسبب انحناء الزمكان، والأجسام الأخرى تتحرك على طول مسارات جيوديسية (أقصر مسافة بين نقطتين) في هذا الزمكان المنحني. هذا الانحناء هو ما نلاحظه كجاذبية.

*

مبدأ التكافؤ:

يفترض مبدأ التكافؤ أن تأثير الجاذبية يُماثل تأثير التسارع. لا يمكن التمييز بين التأثيرين تجريبياً، فمثلاً، الشعور بالجاذبية عند الوقوف على الأرض يُماثل الشعور بالتسارع داخل مركبة فضائية تتسارع بسرعة ثابتة.

*

الزمكان رباعي الأبعاد:

تصف النظرية النسبية العامة الزمكان على أنه فضاء رباعي الأبعاد (ثلاثة أبعاد مكانية وواحد زمني)، بدلاً من الفضاء الثلاثي الأبعاد والزمان المنفصل في الفيزياء الكلاسيكية.

*

المعادلات الميدانية لأينشتاين:

تصف هذه المعادلات العلاقة الرياضية بين انحناء الزمكان ومحتوى الطاقة والكتلة في الزمكان. هذه المعادلات معقدة للغاية، وتحلّها فقط في بعض الحالات البسيطة.

تطبيقات وتأثيرات النظرية النسبية العامة:

*

تمدد الزمن والانحراف الضوئي:

تُتنبأ النظرية بتأثيرات مثل تمدد الزمن (تختلف سرعة مرور الزمن بناءً على سرعة الجسم وموقعه في مجال جاذبية) والانحراف الضوئي (انحناء مسار الضوء عند مروره بالقرب من أجسام ضخمة). وقد تم تأكيد هذه التنبؤات تجريبياً.

*

الثقوب السوداء:

تُتنبأ النظرية بوجود الثقوب السوداء، وهي مناطق ذات جاذبية شديدة بحيث لا يستطيع حتى الضوء الهروب منها.

* موجات الجاذبية:

تُتنبأ النظرية بوجود موجات جاذبية، وهي تموجات في الزمكان تنتشر بسرعة الضوء. وقد تم رصدها تجريبياً في عام 2015.

*

علم الكونيات:

تُستخدم النظرية النسبية العامة لفهم تطور الكون على نطاق واسع، بما في ذلك الانفجار العظيم والتمدد المتسارع للكون.

الحدود والمشاكل:

*

الجاذبية الكمية:

لا تتوافق النظرية النسبية العامة مع ميكانيكا الكم، ولا توجد نظرية جاذبية كمومية متكاملة حتى الآن.
*

المادة المظلمة والطاقة المظلمة:

لا تستطيع النظرية النسبية العامة وحدها تفسير ملاحظات المادة المظلمة والطاقة المظلمة، وهي تشكل معظم كتلة الطاقة في الكون.


باختصار، النظرية النسبية العامة هي نظرية ثورية غيّرت فهمنا للكون، ولها تطبيقات هامة في العديد من مجالات الفيزياء والفلك، لكنها لا تزال تواجه تحديات وتحتاج إلى تطوير أكبر لفهم الكون بشكل كامل.