amIRali
کاربر نگاه دانلود
نسبیت عام به انگلیسی (General relativity) نظریهای هندسی برای گرانش است که در سال ۱۹۱۶[۱] توسط اینشتین منتشر شد و توصیف کنونی گرانش در فیزیک نوین است. این نظریه تعمیمی بر نظریه نسبیت خاص و قانون جهانی گرانش نیوتون است که توصیف یکپارچهای از گرانش به عنوان یک ویژگی هندسی فضا و زمان یا فضا–زمان ارائه میدهد.
این نظریه، گرانش را به عنوان یک عامل هندسی و نه یک نیرو بررسی میکند. در این نظریه فضا–زمان توسط هندسه ریمانی بررسی میشود. خمش فضازمان مستقیماً با انرژی و تکانه کل ماده و تابش موجود متناسب است. این رابـ ـطه توسط سیستمی از معادلات دیفرانسیل با مشتقات پارهای به نام معادلات میدان اینشتین نمایش داده میشوند. پایهٔ نظری گرانش در کیهانشناسی، این نظریه و تعمیمهای آن است.
نظریهٔ اینشتین جنبههای اخترفیزیکی مهمی دارد. مثلاً این نظریه وجود سیاهچالهها را به عنوان وضعیت پایانی ستارههای بزرگ پیشبینی میکند. شواهد گستردهای موجود است که تابش بسیار شدید منتشر شده از برخی انواع اجسام اخترفیزیکی ناشی از وجود سیاهچالهها است. مثلاً ریزاختروشها و هستهٔ کهکشانی فعال، به ترتیب نتیجه وجود سیاهچالههای ستارهوار و سیاهچالههای کلانجرم هستند. خم شدن نور بر اثر گرانش میتواند منجر به پدیدهٔ همگرایی گرانشی شود که در اثر آن چندین تصویر از یک جسم اخترفیزیکی دوردست در آسمان دیده میشود. نسبیت عام همچنین وجود امواج گرانشی را پیشبینی میکند که تاکنون تنها بهطور غیرمستقیم مشاهده شدهاند. (در ۱۷ مارس ۲۰۱۴ دانشمندان در مرکز اخترفیزیک هاروارد-اسمیتسونین طی مشاهداتی به نتایجی که تایید کننده نتایج گرانش کوانتومی، مهبانگ و انبساط کیهان از طریق امواج گرانشی بود دست یافتند،[۲] اما نتیجه این آزمایش نیز مشاهدهی مستقیم ـ به معنای اندازهگیری یک نوسان در فضازمان ـ به حساب نمیآید.[۳]) پروژههایی همچون لیگو و پروژهٔ لیسا ی ناسا با هدف مشاهدهٔ مستقیم این امواج گرانشی راهاندازی شدهاند. افزون بر این، نسبیت عام پایهٔ مدلهای رایج کنونی کیهانشناسی، که بر مبنای جهانِ در حال انبساط هستند، را تشکیل میدهد.
برخی از پیشبینیهای نسبیت عام به میزان قابلتوجهی با پیشبینیهای فیزیک کلاسیک تفاوت دارند؛ به ویژه آنهایی که مرتبط با گذر زمان، هندسهٔ فضا، حرکت اجسام در سقوط آزاد و انتشار نور هستند. پدیدههایی چون اتساع زمان گرانشی، انتقال به سرخ گرانشی نور و تاخیر زمانی گرانشی که ناشی از کندتربودن گذر زمان در نزدیکی میدانهای گرانشی قوی است، همگرایی گرانشی که به خمیدهشدن نور در یک میدان گرانشی قوی اشاره دارد و حرکت تقدیمی مدار سیارات نمونههایی از این تفاوتها هستند. همچنین تعریف جرم در نسبیت عام به سادگی فیزیک کلاسیک و حتی نسبیت خاص نیست، در واقع در نسبیت عام نمیتوان تعریفی کلی برای جرم یک سامانه ارائه داد و تعریفهای گوناگونی همچون جرم اِیدیاِم، جرم کُمار و جرم بوندی پدید آمدهاند.
محدودیت سرعت اجسام مادی به سرعت نور در نسبیت عام، پیامدهایی در مورد ساختار سببی فضازمان دربردارد، زیرا تأثیر رویدادها و در نتیجه علّیت نیز محدود به سرعت نور میباشند. این محدودیت در نسبیت عام به تعریف افقها میانجامد که مرزبندیهایی در فضازمان هستند. از جملهٔ افقها میتوان به افق ذره و افق رویداد اشارهکرد که به ترتیب برخی نواحی از گذشته و آینده را غیر قابل دسترسی مینمایند.
یکی از ویژگیهای ابهامآمیز نسبیت عام تکینگیها هستند که در آنها هندسهٔ فضازمان تعریف نشدهاست. برخی از پاسخهای معادلات میدان اینشتین، مانند پاسخ شوارتزشیلد و پاسخ کر تکینگیهای آینده (تکینگیهای سیاهچالهها) و برخی دیگر مانند پاسخ فریدمان–لومتر–رابرتسون–واکر تکینگیهای گذشته (تکینگی مهبانگ) را مشخص میکنند. ماهیت تکینگیها همچنان در هالهٔ ابهام قرار دارد، هرچند که تلاشهایی در زمینه توصیف ساختار آنها صورت گرفتهاست.
پیشبینیهای نسبیت عام در تمام مشاهدات و آزمایشهایی که تا به امروز انجام گرفتهاست، تأیید شدهاند. نسبیت عام تنها نظریهٔ نسبیتی موجود برای گرانش نیست، بلکه سادهترین نظریهای است که با دادههای تجربی همخوانی دارد. هرچند که پرسشهایی هستند که هنوز بیپاسخ ماندهاند و شاید پایهایترین آنها این باشد که چگونه میتوان نسبیت عام را با قوانین فیزیک کوانتومی آشتی داد تا بتوان به نظریهای کامل و خودسازگار برای گرانش کوانتومی دست یافت.
این نظریه، گرانش را به عنوان یک عامل هندسی و نه یک نیرو بررسی میکند. در این نظریه فضا–زمان توسط هندسه ریمانی بررسی میشود. خمش فضازمان مستقیماً با انرژی و تکانه کل ماده و تابش موجود متناسب است. این رابـ ـطه توسط سیستمی از معادلات دیفرانسیل با مشتقات پارهای به نام معادلات میدان اینشتین نمایش داده میشوند. پایهٔ نظری گرانش در کیهانشناسی، این نظریه و تعمیمهای آن است.
نظریهٔ اینشتین جنبههای اخترفیزیکی مهمی دارد. مثلاً این نظریه وجود سیاهچالهها را به عنوان وضعیت پایانی ستارههای بزرگ پیشبینی میکند. شواهد گستردهای موجود است که تابش بسیار شدید منتشر شده از برخی انواع اجسام اخترفیزیکی ناشی از وجود سیاهچالهها است. مثلاً ریزاختروشها و هستهٔ کهکشانی فعال، به ترتیب نتیجه وجود سیاهچالههای ستارهوار و سیاهچالههای کلانجرم هستند. خم شدن نور بر اثر گرانش میتواند منجر به پدیدهٔ همگرایی گرانشی شود که در اثر آن چندین تصویر از یک جسم اخترفیزیکی دوردست در آسمان دیده میشود. نسبیت عام همچنین وجود امواج گرانشی را پیشبینی میکند که تاکنون تنها بهطور غیرمستقیم مشاهده شدهاند. (در ۱۷ مارس ۲۰۱۴ دانشمندان در مرکز اخترفیزیک هاروارد-اسمیتسونین طی مشاهداتی به نتایجی که تایید کننده نتایج گرانش کوانتومی، مهبانگ و انبساط کیهان از طریق امواج گرانشی بود دست یافتند،[۲] اما نتیجه این آزمایش نیز مشاهدهی مستقیم ـ به معنای اندازهگیری یک نوسان در فضازمان ـ به حساب نمیآید.[۳]) پروژههایی همچون لیگو و پروژهٔ لیسا ی ناسا با هدف مشاهدهٔ مستقیم این امواج گرانشی راهاندازی شدهاند. افزون بر این، نسبیت عام پایهٔ مدلهای رایج کنونی کیهانشناسی، که بر مبنای جهانِ در حال انبساط هستند، را تشکیل میدهد.
برخی از پیشبینیهای نسبیت عام به میزان قابلتوجهی با پیشبینیهای فیزیک کلاسیک تفاوت دارند؛ به ویژه آنهایی که مرتبط با گذر زمان، هندسهٔ فضا، حرکت اجسام در سقوط آزاد و انتشار نور هستند. پدیدههایی چون اتساع زمان گرانشی، انتقال به سرخ گرانشی نور و تاخیر زمانی گرانشی که ناشی از کندتربودن گذر زمان در نزدیکی میدانهای گرانشی قوی است، همگرایی گرانشی که به خمیدهشدن نور در یک میدان گرانشی قوی اشاره دارد و حرکت تقدیمی مدار سیارات نمونههایی از این تفاوتها هستند. همچنین تعریف جرم در نسبیت عام به سادگی فیزیک کلاسیک و حتی نسبیت خاص نیست، در واقع در نسبیت عام نمیتوان تعریفی کلی برای جرم یک سامانه ارائه داد و تعریفهای گوناگونی همچون جرم اِیدیاِم، جرم کُمار و جرم بوندی پدید آمدهاند.
محدودیت سرعت اجسام مادی به سرعت نور در نسبیت عام، پیامدهایی در مورد ساختار سببی فضازمان دربردارد، زیرا تأثیر رویدادها و در نتیجه علّیت نیز محدود به سرعت نور میباشند. این محدودیت در نسبیت عام به تعریف افقها میانجامد که مرزبندیهایی در فضازمان هستند. از جملهٔ افقها میتوان به افق ذره و افق رویداد اشارهکرد که به ترتیب برخی نواحی از گذشته و آینده را غیر قابل دسترسی مینمایند.
یکی از ویژگیهای ابهامآمیز نسبیت عام تکینگیها هستند که در آنها هندسهٔ فضازمان تعریف نشدهاست. برخی از پاسخهای معادلات میدان اینشتین، مانند پاسخ شوارتزشیلد و پاسخ کر تکینگیهای آینده (تکینگیهای سیاهچالهها) و برخی دیگر مانند پاسخ فریدمان–لومتر–رابرتسون–واکر تکینگیهای گذشته (تکینگی مهبانگ) را مشخص میکنند. ماهیت تکینگیها همچنان در هالهٔ ابهام قرار دارد، هرچند که تلاشهایی در زمینه توصیف ساختار آنها صورت گرفتهاست.
پیشبینیهای نسبیت عام در تمام مشاهدات و آزمایشهایی که تا به امروز انجام گرفتهاست، تأیید شدهاند. نسبیت عام تنها نظریهٔ نسبیتی موجود برای گرانش نیست، بلکه سادهترین نظریهای است که با دادههای تجربی همخوانی دارد. هرچند که پرسشهایی هستند که هنوز بیپاسخ ماندهاند و شاید پایهایترین آنها این باشد که چگونه میتوان نسبیت عام را با قوانین فیزیک کوانتومی آشتی داد تا بتوان به نظریهای کامل و خودسازگار برای گرانش کوانتومی دست یافت.
