# data[].attributes.body
الأسم: فلة احمد جناحي
الشعبة: ٣ علم ٦
الرقم الأكاديمي:20210221
المقرر: فيز 210

# data[].attributes.headline
                 (1)قانون الجذب العام الكوني

# data[].attributes.subject
                 (1)قانون الجذب العام الكوني

# data[].attributes.body
- تعريف نص قانون الجذب العام(الكوني)
- سرد خصائص قوة التجاذب

# data[].attributes.attachment_link.title
قانون الجذب العام الكوني

# data[].attributes.headline
                 قانون الجذب العام الكوني(2)

# data[].attributes.subject
                 قانون الجذب العام الكوني(2)

# data[].attributes.body
- تطبيق قانون الجذب العام الكوني

# data[].attributes.attachment_link.title
تطبيق قانون الجاذبية العام لنيوتن

# data[].attributes.headline
               مقالة حول قانون الجذب العام الكوني (1)

# data[].attributes.subject
               مقالة حول قانون الجذب العام الكوني (1)

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
قانون الجذب العام لنيوتن Newton's law of universal gravitation، ينص على أن أي جسمين في الكون توجد بينهما قوة تجاذب تتاسب طرديًا مع حاصل ضرب كتلتيهما، وعكسيًا مع مربع المسافة بينهما. والقانون جزء من الميكانيكا الكلاسيكية وتم صياغته في مؤلف نيوتن الأصول الرياضية للفلسفة الطبيعية، والذي نُشر لأول مرة في 5 يوليو 1687. (عندما عرض الكتاب عام 1686 في الجمعية الملكية، زعم روبرت هوك أن نيوتن حصل على قانون التربيع العكسي منه؛ انظر قسم التاريخ أسفل المقال).

في اللغة المعاصرة، يكتب القانون كالتالي:

التاريخ المبكر

نزاع الانتحال

عمل ومزاعم هوك

عمل ومزاعم نيوتن

إستسلام نيوتن

أجسام ذات مدى مكاني

نموذج المتجه

حقل الجاذبية

جوانب إشكالية

where r orbit is the radius of the Earth's orbit around the Sun.

مخاوف نظرية ضمن تعبير نيوتن

ملاحظات تتعارض مع صيغة نيوتن

تحفظات نيوتن

حل أينشتاين

, B a constant

attempting to explain the Moon's apsidal motion. Other extensions were proposed by Laplace (around 1790) and Decombes (1913):

(Laplace)

(Decombes)

حلول لقانون الجذب العام لنيوتن

وصلات خارجية

# data[].attributes.attachment_link.title
قانون الجذب العام لنيوتن

# data[].attributes.attachment_link.description
قانون الجذب العام لنيوتن Newton's law of universal gravitation، ينص على أن أي جسمين في الكون توجد بينهما قوة تجاذب تتاسب طرديًا مع حاصل ضرب كتلتيهما، وعكسيًا مع مربع المسافة بينهما. والقانون جزء من الميكانيكا الكلاسيكية وتم صياغته في مؤلف نيوتن الأصول الرياضية للفلسفة الطبيعية ، والذي نُشر لأول مرة في 5 يوليو 1687.

# data[].attributes.headline
                مقالة حول قانون الجذب العام الكوني(2)

# data[].attributes.subject
                مقالة حول قانون الجذب العام الكوني(2)

# data[].attributes.attachment_link.authors[].name
راندا عبد الحميد

# data[].attributes.attachment_link.title
قانون الجذب الكوني العام - مقال

# data[].attributes.attachment_link.description
قانون الجذب الكوني العام، العلم في تقدم مستمر كل يوم، يسعى العلماء بشكل مستمر إلى فهم طبيعة الإنسان وطبيعة الأفكار التي توجد في دخله، لهذا سوف نطلع على

# data[].attributes.headline
نظرية اينشتاين حول انحناء الفضاء(1)

# data[].attributes.subject
نظرية اينشتاين حول انحناء الفضاء(1)

# data[].attributes.body
- شرح نظرية اينشتاين حول انحناء الفضاء

# data[].attributes.attachment_link.authors[].name
sendAflak قناة أفلاك العلمية

# data[].attributes.attachment_link.title
الجاذبية ( اينشتاين ) - النسبية العامة

# data[].attributes.headline
نظرية اينشتاين حول انحناء الفضاء(2)

# data[].attributes.subject
نظرية اينشتاين حول انحناء الفضاء(2)

# data[].attributes.body
- إنحناء الزمان والمكان بحسب نظرية آينشتين
- التمثيل المرئي للمعلومات الطبية المتزايدة

# data[].attributes.attachment_link.title
إنحناء الزمان والمكان بحسب نظرية آينشتين

# data[].attributes.headline
مقالة حول نظرية اينشتاين حول انحناء الفضاء(2)

# data[].attributes.subject
مقالة حول نظرية اينشتاين حول انحناء الفضاء(2)

# data[].attributes.body
- الزمكان

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
الزمكان ( بالإنجليزية: Spacetime)‏ (الزمان-مكان) أو الزمان المكاني هو دمج لمفهومي الزمان والمكان، هو الفضاء بأبعاده الأربعة، الأبعاد المكانية الثلاثة التي نعرفها؛ الطول والعرض والارتفاع، مضاف إليها الزمن كبعد رابع، هذه الفضاء الرباعي تشكل نسيج أو شبكة تحمل كل شيء في هذا الكون، كل جسم مهما كان حجمه وكل حدث يخضع لها، فلا وجود للأشياء ولا للأحداث خارج نطاقي الزمان والمكان. يعد هذا مصطلح حديث نسبيا في الفيزياء منحوت من كلمتي الزمان المكان يُطلق على أي نموذج رياضي يدمج الأبعاد الثلاثة للمكان مع بعد واحد للزمن ليكوّن فضاءّ رباعي الأبعاد. يمكن استخدام المخططات الزمكانية لتصوّر التأثيرات النسبية مثل السبب وراء التباين الذي يراه مراقبون مختلفون في زمن ومكان وقوع حدث ما.

كان الافتراض السائد قبل مطلع القرن العشرين أن هندسة الكون ثلاثية الأبعاد (أي صياغتها المكانية من ناحية الإحداثيات والمسافات والاتجاهات) كانت مستقلة عن البعد الزمني الواحد. ولكن بنى ألبرت أينشتاين عمله المؤثر في النسبية الخاصة عام 1905 على فرضيتين:

(1) قوانين الفيزياء لا تتغير في جميع الجمل العطالية (أي الأطر المرجعية غير المتسارعة).

(2) سرعة الضوء في الخلاء هي نفسها لجميع المراقبين بغض النظر عن حركة مصدر الضوء.

ظهرت الأطروحة لتحدد مكان جسم ما في الفضاء الشاسع بطريقة أكثر تحديدا بالاعتماد على عنصر الزمان بدلا من الاعتماد على الثلاثة محاور للمكان فقط.

تعوض النظرية النسبية الخاصة عن إحداثيات المكان الثلاثة بإحداثيات أربع من ضمنها إحداثية الزمان فتكون احداثية نقطة في الزمكان . حيث c سرعة الضوء والزمن t.

وتمثل المساحة العنصرية في الميكانيكا الكلاسيكية:

أما في الزمكان فتوصف نقطة فيه بأربع إحداثيات وتسمى في المجمل ب "الحدث". وتعرف المساحة العنصرية في الزمكان ب:

أتاحت تلك الفكرة لأينشتاين دراسة حركة الأجسام بسرعات مقاربة لسرعة الضوء، وتبدو عندها ظواهر طبيعية غريبة، إذ تشكل سرعة الضوء حدا أقصى لحركة الأجسام وانتقال الطاقة وانتشار الموجات الكهرومغناطيسية وترتبت عليها استنتاجات غريبة، ذلك لأننا نعهد في حياتنا العادية سرعات أقل بكثير من سرعة الضوء.

عندما تكون سرعة الجسم v صغيرة بالنسبة إلى سرعة الضوء c يكون انحناء المدار مساويا g/ v ² حيث g ثابت الجاذبية، أي يكون مساويا للتسارع الناشئ عن الطرد المركزي في حالة الميكانيكا الكلاسيكية. أما بالنسبة للضوء حيث v= c فتصبح قيمتها 2، ويكون انحناء المدار ضعف 2 g/ v ² الحالة الكلاسيكية.

وبناء على ذلك يعاني شعاع الضوء القادم من أحد النجوم عند اقترابه من جاذبية الشمس انحناء مساويا ضعف انحنائه الذي تحسبه الميكانيكا الكلاسيكية. وقد ثبت ذلك في تجربة قام بها "آرثر إدينجتون" عام 1919 حيث رصد شعاع أحد النجوم خلال كسوف الشمس أثناء وجوده في جنوب أفريقيا.

وبسبب هذا الانحناء البسيط فلا تتبع أفلاك الكواكب حول الشمس شكل القطع الناقص تماما وإنما تتخذ شكل الزهرة، قد ثبت ذلك أيضا بقياس دوران نقطة اقتراب كوكب المريخ عند أقرب نقطة بينه وبين الشمس.

فكيف يتحرك الحجر في الواقع؟ نجد أن هذا السؤال لا معنى له، تماما كما لو سألنا "بأي زاوية يظهر القمر في الواقع ؟".

وينبع المسار الذي يتخذه جسم نفس الطبيعة "النسبية" التي تتصف بها صورة أحد المباني، فأينما قمنا بتصوير منزل من الأمام أم الخلف نحصل على صورة مختلفة تعتمد على موقع المشاهدة. وكذلك يتخذ شكل منحنى جسم ساقط شكل منحنيات مختلفة تختلف باختلاف موقع المشاهدة أو المختبر الذي نجري منه القياس، فهي تختلف إذا كنا نشاهده من على الأرض أم نشاهده من طائرة أو غيرها.

أي عند عزمنا على دراسة مسار جسم يتحرك واجهتنا مشكلة اختيار موقع المشاهدة، إذ أننا نريد عن طريق دراسة مساره التنبؤ بمساره في زمن قادم تحت ظروف معينة. أو بمعنى أصح نريد معرفة القوانين التي تتحكم في حركته وترغمه على اتباع هذا المسار بالذات.

تمدد الزمن: هي ظاهرة نسبية توصف ب استغرق وقتًا أطول للساعات التي تسير بشكل أسرع (في مرجع المراقب) لتخرج نفس الكمية من الوقت الصحيح، وهي تقطع مسافات أكبر على طول المحور x من التي تقطعها بدون تمدد الزمن.:219 قياس تمدد الزمن من قبل اثنين من المراقبين في مرجعي قصور ذاتي مختلف يكون متبادل. فإذا كان المراقِب O يقيس ساعات المراقب O ′ وهي تسير بشكل أبطأ في إطاره ، فإن المراقب O ′ سيقيس ساعات المراقب O بأنها تسير بشكل أبطأ كذلك.

تقلص الطول ، مثل تمدد الزمن، هو مظهر من مظاهر التزامن للنسبية. يتطلب قياس الطول قياس فترة الزمكان بين حدثين متزامنين في إطار مرجعي واحد. لكن الأحداث التي تكون متزامنة في إطار مرجعي واحد، بشكل عام، ليست متزامنة في الأطر المرجعية الأخرى.

تتأثر حركة الأجسام بما حولها وتسمى تلك المؤثرات الخارجية بالقوى. ويهتم علم الحركة بدراسة تأثير تلك القوى على الأجسام. فلنتخيل جسما لا يقع تحت تأثير قوى خارجية ولنتخذ مواقع مختلفة للمشاهدة فنجد أن مساره يتخذ أشكالا مختلفة تختلف باختلاف موقع المشاهدة. ومع ذلك لا ننكر أن أفضل مكان للمشاهدة هو ذاك الذي يظهر منه الجسم كما لوكان في حالة سكون. يمكننا بذلك وصف حالة "السكون" وصفا جيدا لا يعتمد على حركة الجسم بالنسبة إلى حركة الأجسام الأخرى، فالجسم الذي لا تؤثر عليه قوى خارجية يكون في حالة سكون.

نتخيل أن مجموعة من الأجسام الساكنة - التي لا تؤثر عليها قوى خارجية - بأنها قد كونت مختبرا نسميه "المختبر الساكن" ونبدأ في دراسة خواص الحركة. فإذا قمنا بمشاهدة الحركة من مختبر آخر واتضح لنا اختلاف صفات الحركة فيه عن صفاتها من المختبر الساكن أمكننا إثبات أن المختبر الجديد يتحرك.

يتبين لنا أن الحركة في المختبرات الساكنة تتبع قوانين مغايرة للقوانين المشاهدة في مختبرات متحركة. ويتبادر لنا أن مفهوم الحركة يفقد بذلك صفته "النسبية". فعندما نتكلم عن الحركة نقصد ببساطة الحركة بالنسبة إلى "السكون" ونسميها حركة مطلقة.

نركب الآن قطارا بسرعة منتظمة في خط مستقيم ونبدأ مشاهدة أجسام تتحرك داخله ونقارنها بحركتها المشاهدة في قطار ساكن. نعرف من خبرتنا اليومية أنه لا يوجد اختلاف لحركة الأجسام داخل قطار متحرك بسرعة منتظمة وآخر متوقف. فإذا قذفنا كرة إلى أعلى داخل القطار عادت الكرة لتسقط في أيدينا ولن يحدث أن تتخذ مسارا منحنيا. فبصرف النظر عن الارتجاج البسيط في حركة القطار تكون حركة الأجسام داخل قطار يتحرك بسرعة منتظمة وفي خط مستقيم هي نفسها التي تحدث في قطار ثابت لا يتحرك. ويحدث الاختلاف فقط عند تسريع القطار أو تهدئة سرعته. ففي حالة تسريع القطار تنتابنا ارتجاجة إلى الخلف وفي حالة تهدئة سرعة القطار والكبح نندفع إلى الأمام. وفي كلتا الحالتين نشعر بالفرق بالمقارنة بحالة السكون.

وإذا استمر القطار سائرا بحركة منتظمة ثم غير اتجاهه فجأة شعرنا بذلك: ففي المنحنيات إلى اليمين الحادة نندفع إلى اليسار وفي المنحنيات اليسارية نندفع نحو اليمين. وبتعلم تلك المشاهد نصل إلى النتيجة التالية: لا يمكن اكتشاف أي اختلاف في سلوك جسم بمشاهدته من مختبرين يتحرك أحدهما "بالنسبة للآخر" بسرعة منتظمة وفي خط مستقيم. ولكن بمجرد حدوث تغير في سرعة المختبر المتحرك سواء في مقدار السرعة (التسريع والكبح) أو تغير في الاتجاه (في المنحنيات) يؤثر هذا التغير في سلوك الأجسام الموجودة فيه.

توجد خاصية غريبة لحركة المختبر الذي يتحرك بسرعة منتظمة وفي خط مستقيم تلك هي أن حركته هذه لا تؤثر على سلوك الأجسام الموجودة فيه. الشيء الذي يضطرنا لمراجعة مفهوم السكون.,

فقد يبين لنا أنه لا يوجد فرق بين حالة السكون. وأينما وجدنا مختبر يتحرك بانتظام وفي خط مستقيم "بالنسبة" لمختبر آخر ساكن أمكننا اعتبار ذلك المختبر أيضا مختبرا ساكنا. وهذا معناه أنه لا توجد حالة فريدة للسكون المطلق وإنما توجد أعداد لا حصر لها من "حالات السكون" المختلفة. وبالتالي لا يوجد مختبر واحد في حالة سكون، وإنما توجد عدد لا حصر له من المختبرات الساكنة، وهي تتحرك بالنسبة لبعضها البعض في خطوط مستقيمة وبسرعات منتظمة، ومنها السريع ومنها البطيء.

يتضح من ذلك أن السكون "نسبي" وليس مطلق. وأصبح لازماً علينا الإشارة دائما إلى المختبر الذي نجري منه المشاهدة والقياس عند دراستنا لعلم الحركة. كذلك يتبين أن محاولتنا قد باءت بالفشل حتى الآن لإعطاء مدلول الحركة صفة مطلقة. ولا يزال السؤال مطروحا: "إلى أي حالة من حالات" السكون"ننسب الحركة المشاهدة؟" بهذا نكون قد تعرضنا إلى أحد القوانين الطبيعية البالغة الأهمية والذي يسمى "بمبدأ نسبية الحركة".

هذ المبدأ يقول: تتبع حركة الأجسام نفس القوانين في جميع المختبرات التي تتحرك بالنسبة لبعضها البعض في مسارات مستقيمة وبسرعة منتظمة.

نستنتج من مبدأ نسبية الحركة أن جسما لا يقع تحت تأثير قوى خارجية إما أن يكون في حالة سكون أو يكون في حالة حركة منتظمة وفي خط مستقيم. ويعرف هذا الاستنتاج في علم الفيزياء بقانون القصور الذاتي.

يلعب هذا القانون دورا هاما في حياتنا اليومية، لا يتبادر للعين مباشرة. وطبقا لهذا القانون يظل جسم متحرك بانتظام وفي خط مستقيم على حركته هذه بلا حدود طالما لا تؤثر عليه قوى خارجية. ومع ذلك نشاهد في حياتنا اليومية أجساما تصل إلى الثبات كما لم تؤثر عليها قوى خارجية. وتفسير ذلك أن جميع الأجسام التي نشاهدها تقع تحت تأثير قوى خفية، تلك هي قوى الاحتكاك. وانعزال الجسم التام عن القوى الخارجية هو الشرط الذي يكتسب به قانون القصور الذاتي فاعليته. وهذا الشرط ليس متوفرا في حياتنا العادية. فإذا استطعنا تحسين إمكانيتنا التجريبية بعزل قوى الاحتكاك شيئا فشيئا أمكننا الاقتراب من تلك الظروف المثالية ولتمكنا من إثبات انطباق هذا القانون على حركة جميع الأجسام التي نشاهدها.

من نتائج مبدأ النسبية حقيقة أن الحديث عن حركة منتظمة وفي خط مستقيم ليس له معني طالما لم نشر إلى المختبر الساكن الذي نقيس منه السرعة، كما لا معنى لحديثنا عن مكان ما بتحديد خط الطول الجغرافي المار به دون ذكر دائرة العرض التي تتقاطع معه عنده.

نكتشف من ذلك أن السرعة مدلول "نسبي"، أي إذا قمنا بقياس سرعة جسم معين من عدة مختبرات ساكنة مختلفة حصلنا على نتائج مختلفة، في حين أن أي تغير في الحركة - كالتسريع أو الكبح أو تغيير اتجاه الحركة - يأخذ معنى مطلقا بصرف النظر عن المختبر الساكن الذي أجريت منه المشاهدة.

رأينا أن "مبدأ النسبية" ينطبق على الحركة أيضا وأنه توجد عدد لا حصر له من المختبرات في "حالة سكون"، لا تختلف فيها قوانين الحركة. والآن يبدو أن هناك نوع من الحركة يكون معارضا لهذا المبدأ، تلك هي حركة الضوء. فالضوء ينتشر في الفضاء بسرعة قدرها 300.000 كيلومتر في الثانية فهو بذلك ليس آنيا. ومن الصعب تصور مثل تلك السرعة لأن السرعات التي تواجهنا في حياتنا اليومية تقل عن ذلك بكثير. فتبلغ سرعة صاروخ حديث متعدد المراحل 12 كيلومتر في الثانية فقط. ومن بين الأجسام التي نعهد حركتها حركة الأرض حول الشمس فهي تسير في مدارها بسرعة تصل إلى 30 كيلومتر في الثانية.

والمدهش أن سرعة الضوء ثابتة دائما. وبينما يمكننا تهدئة سرعة قذيفة بوضع حائل في طريقها فعند نفوذ القذيفة فيه تقل سرعتها وتواصل مسارها بسرعة أقل. ويختلف الحال تماما مع الضوء، فبينما تعتمد سرعة القذيفة على نوع البندقية وعلى خصائص البارود نجد أن سرعة الضوء تظل ثابتة لجميع المصادر المصدر للضوء.

إذا وضعنا لوحا زجاجيا في مسار شعاع الضوء تقل سرعة الضوء داخل الزجاج وعند خروجه من الزجاج تعود سرعته إلى سرعته الأصلية التي تبلغ 300.000 كيلومتر في الثانية في الفراغ (أو الهواء). فللضوء خاصية هامة في الفراغ، فلا يمكن تهدئة سرعته أو تسريعه، فهو يختلف عن جميع الأجسام الأخرى، وأي تغير يحدث لشعاع الضوء في حائل مادي يختفي بمجرد خروجه من الحائل ويواصل حركته بسرعته الأصلية.

تبلغ سرعة الضوء في الفراغ تقريبا 300.000 كيلومتر في الثانية، وهي ثابتة لا تتغير سواء كان مصدرها متحركا أم لا. وقد تسببت تلك السرعة الفائقة والمحدودة في نفس الوقت في إشكال مع مبدأ نسبية الحركة. نتخيل قطارا يسير بسرعة عظيمة قدرها 240000 كيلومتر في الثانية. ونتصور أننا نحتل مقدمته بينما يوجد مصباح عند مؤخرته، ونريد تعيين الزمن الذي يستغرقه الضوء لقطع المسافة بين الطرفين.

يبدو أن هذا الزمن سيختلف عن الزمن المشاهد في قطار ساكن. ففي حالة القطار المتحرك بسرعة 240.000 كيلومتر في الثانية نتوقع أن تصل سرعة الضوء إل 300.000 - 240.000 == 60.000 كيلومتر في الثانية فقط (في اتجاه حركة القطار). فتبدو المسألة كما لو كان الضوء يحاول اللحاق بمقدمة القطار بينما هي تحاول الابتعاد عنه. وإذا كان المصباح في مقدمة القطار وجلسنا نحن في آخره وأردنا قياس الزمن الذي يستغرقه الضوء للوصول إلى آخره توقعنا أن تبلغ سرعة الضوء في هذه الحالة 300.000 + 240.000 == 540.000 كيلومتر في الثانية (لأن الضوء ومؤخرة القطار يتحركان باتجاه بعضهما). أي نتوقع أن يسير الضوء بسرعتين مختلفتين في الاتجاهين المتضادين داخل القطار المتحرك بينما تتساوى تلك السرعتان في القطار الساكن الذي لا يتحرك.

نجد في حالة القذيفة ظروفا مختلفة عن ذلك. فإذا وجهنا قذيفة ونحن في قطار في اتجاه حركة القطار أو عكسه تظل سرعتها بالنسبة لحائطي المقدمة والمؤخرة متساوية، وتكون متساوية كذلك لسرعتها في القطار الساكن. وترجع تلك النتيجة إلى اعتماد سرعة القذيفة على حركة البندقية بينما لا تتأثر سرعة الضوء بسرعة المصدر كما ذكرنا من قبل.

تبعث علينا تلك الأمثلة بالشعور أن سلوك الضوء يخالف مبدأ نسبية الحركة، فبينما تتحرك القذيفة بالنسبة لمقدمة القطار ومؤخرته بنفس السرعة في القطار المتحرك والقطار الساكن، تبدو كما لو كانت سرعة الضوء تصل إلى نحو 1/5 سرعته في أحد الاتجاهات وتبلغ 8 و1 منها في الاتجاه المضاد وذلك بالمقارنة بسرعته في القطار الساكن.

لو كان الحال كذلك لاستطعنا تعيين السرعة المطلقة للقطار عن طريق دراسة سرعة انتشار الضوء فيه. ويبدو هنا أننا وجدنا بصيص من الأمل: فهل في الإمكان استخدام خواص الضوء لتعريف السكون المطلق؟

اعتقد الفيزيائيون في الماضي أن انتشار الضوء يسير مثل انتشار الصوت وافترضوا وجود وسط لانتشار الضوء وأسموه " الأثير " مثلما ينتشر الضوء في الهواء والماء وغيره. كما افترضوا أن الأجسام لا تجرف معها هذا الأثير أثناء حركتها، كمثل قفص سلكي يتحرك في الهواء، لا يزيح الهواء أمامه.

فإذا كان قطارنا في سكون بالنسبة للأثير توقعنا انتشار الضوء بنفس السرعة في جميع الاتجاهات، كما نتوقع ظهور أي حركة للقطار خلال الأثير، حيث ستختلف سرعة الضوء باختلاف اتجاه الانتشار. ووجد العلماء أنفسهم أمام أسئلة مربكة بسبب افتراض هذا الأثير - كوسط تظهر ذبذبته كالضوء- وهو افتراض لا يستند على أساس متين. فبينما لا نعتمد على انتشار الصوت فقط لدراسة خواص الهواء بل نعتمد أيضا على تجارب كيميائية وفيزيائية عديدة، نجد أن هذا الأثير "المفترض" يسلك مسلكا غريبا في تجارب فيزيائية متعددة، فهو لا يشارك إطلاقا. وبينما يمكننا تعيين كثافة الهواء وضغطه بتجارب بسيطة فقد باءت جميع المحاولات لمعرفة شيء عن الأثير أو كثافته بالفشل وأصبحنا في موقف محير.

مما لا شك فيه أنه من الممكن تفسير بعض الظواهر الطبيعية بافتراض وسط خاص بالصفات المطلوبة ولكن استنباط نظرية سليمة لتفسير ظواهر طبيعية لا بد وأن تكون شاملة وتفسر العديد من الظواهر الطبيعية وليس لظاهرة بمفردها، لأن النظرية تأتي بتفسيرات أوسع من الحقائق التي بنيت عليها. وعلى سبيل المثال فقد عـُرف مدلول الذرّة في العلوم عن طريق علم الكيمياء، وبدراستنا للذرات أمكن تفسير عدد كبير من الظواهر التي لا تنتمي إلى علم الكيمياء، بل والتنبؤ ببعضها. فاللجوء إلى الأثير لتفسير انتشار الضوء يماثل تفسير إنسان بدائي صوت الجرامافون بتصور أن عفريتا اتخذ من هذا الصندوق مسكنا.

حالة عويصة تنشا!

أهم مشكلة تنشأ من مخالفة الضوء لمبدأ "نسبية الحركة" تكون حتمية مخالفة جميع الأجسام لهذا المبدأ. ومن المعروف أن أي وسط مادي يقاوم حركة الأجسام فيه. وبناء على ذلك كان لا بد وان يصحب حركة الأجسام في الأثير احتكاك، فتقل سرعة الجسم رويدا رويدا حتى يصل الجسم في النهاية إلى حالة سكون. وفي الواقع تدور الأرض (طبقا للمعلومات الفلكية) حول الشمس منذ آلاف السنين وملايين السنين ولا توجد أي علامة تدل أن سرعتها تهدأ تحت تأثير احتكاك موجود.

بذلك نكون قد وصلنا إلى طريق مسدود في محاولة تفسير المسلك الغريب للضوء بافتراض وجود "أثير"؟ فافتراض الأثير لم ينه مشكلة خروج الضوء عن مبدأ النسبية وما يتبع ذلك من مشاكل بالنسبة لحركة الأجسام.

التجربة تفصل!

ماذا نستطيع عمله إزاء هذا الخلاف؟

قبل أن تبدأ المناقشة نريد جذب الاهتمام إلى الحقائق التالية:

يستند الخلاف الذي اكتشفناه بين سلوك الضوء ومبدأ نسبية الحركة إلى سند واحد فقط. وصحيح أن استنتاجاتنا مقنعة في هذا الشأن. لكن محاولة حصر تفكيرنا على هذا السند تماثل تصرف بعض الفلاسفة القدامى الذين حاولوا اكتشاف قوانين الطبيعة في رؤوسهم. وإذا تصرفنا بتلك الطريقة لكان الخطر محتما أن يكون ما تخيلناه من كون متناسق، لا يمت في الواقع إلى عالمنا الحقيقي الذي نعيش فيه.

والتجربة العملية هي الحكم الأول والأخير لإثبات صحة نظرية فيزيائية، لهذا لا يجب أن نشغل أنفسنا أكثر من ذلك بمناقشة كيف سيكون انتقال الضوء في القطار المتحرك، وعلينا الآن القيام بالتجارب فهي التي ستأتي بالإجابة الصحيحة.

يعضدنا ونحن نقوم بإجراء التجارب أننا نعيش على كوكب له حركة معلومة. غير أن الأرض في دورانها حول الشمس لا تسير في خط مستقيم ولا يمكن لذلك اعتبارها "مختبرا ساكنا". فلو اعتبرنا الأرض في حالة سكون بالنسبة لمختبرنا في شهر يناير نجد أنها تصبح في حالة حركة بالنسبة له في شهر يوليو إذ أن حركة الأرض دائرية حول الشمس. وعلى الرغم من ذلك ان أمكننا دراسة انتشار الضوء على الأرض فإنما ندرس أنتشاره في مختبر يتحرك بسرعة عظيمة قدرها 30 كيلومتر في الثانية (يمكن اهمال سرعة الأرض حول محورها إذ أن تلك السرعة تبلغ نحو نصف كيلومتر في الثانية فقط).

فهل يمكن تمثيل الكرة الأرضية بقطارنا المنطلق الذي وصل بنا إلى طريق مسدود؟ اشترط افتراضنا أن القطار يتحرك بسرعة منتظمة وفي خط مستقيم بينما تتحرك الأرض في مسار دائري، ومع ذلك يمكننا الأخذ بهذا التمثيل. فخلال ذلك الجزء من الثانية الذي يستغرقه الضوء داخل مختبرنا يمكننا اعتبار الأرض متحركة بسرعة منتظمة وفي خط مستقيم. فالخطأ الناشئ عن ذلك التقريب ضئيل ولا يمكن ملاحظته.

بما أننا نستطيع الآن مقارنة الأرض بالقطار يكون من الطبيعي أن يسلك الضوء على الأرض نفس سلوكه في القطار. أي لتوقعنا انتشار الضوء بسرعات مختلفة في الاتجاهات المختلفة.

أجرى " مايكلسون " تجربة عام 1881 وهو من أعظم علماء القرن التاسع عشر التجريبيين لتعيين سرعة الضوء في الاتجاهات السماوية المختلفة، ولتعيين هذا الفرق البسيط جدا المنتظر في سرعة الضوء. وقد أظهر مايكلسون ذكاء حادا في ابتكاره جهازا دقيقا كان من الممكن به قياس الفرق في السرعة حتى ولوكان أقل من المتوقع، ولكن التجربة أتت بنتيجة غير متوقعة، فلم يجد مايكلسون أي تغير في سرعة الضوء في الاتجاهات المختلفة.

وأعيدت التجربة مرارا وتكرارا منذ ذلك الحين بوسائل تجريبية مختلفة فأيدت كلها تلك النتيجة الغريبة، واتضح أن طريقة انتشار الضوء في مختبر متحرك تختلف تماما عما كنا نتصوره. وأوضح مايكلسون أن الضوء ينتشر على الأرض بنفس السرعة في جميع الاتجاهات، أي أن الضوء يسلك نفس سلوك القذيفة فلا تعتمد سرعته على سرعة المختبر وهي متساوية لجميع حوائط المختبر.

بهذا تكون تجربة مايكلسون قد أتت بعكس ما كنا نتصوره وبينت في نفس الوقت أن سلوك الضوء يتفق تماما مع "مبدأ نسبية الحركة" ولا يخالفها.

بهذا تكون تجربة مايكلسون قد خلصتنا من أول خلاف بين قوانين انتشار الضوء ومبدأ نسبية الحركة. فقد اتضح أن هذا الخلاف ظاهري ولا بد أن يرجع إلى خطأ في الاستنتاج. فأين يكمن هذا الخطأ؟

شحذ العلماء عقولهم في جميع أقطاب الأرض على مدى ربع قرن منذ عام 1881 حتى عام 1905 في محاولات للإجابة على هذا السؤال، فكان كل اقتراح يتوصلوا إليه يؤدي إلى خلاف أعمق بين النظرية والتجربة العملية.

إذا ركب أحدنا قفصا سلكيا متحركا وكان به مصدرا للصوت شعر بهواء يحف به بسبب الحركة. فإذا قام الراكب بقياس سرعة الصوت في القفص وجدها في اتجاه الحركة أقل منها في الاتجاه العكسي. فإذا نقلنا مصدر الصوت إلى عربة قطار مغلق وقسنا فيه سرعة الصوت نجد أنها متساوية في جميع الاتجاهات وذلك بسبب مزاملة الهواء لحركة عربة القطار. فإذا انتقلنا الآن من الصوت إلى الضوء فقد يصبح في الإمكان تفسير نتيجة مايكلسون كالآتي:

نفرض أن الأرض تجرف الأثير معها أثناء حركتها في الفضاء بحيث يلازمها، فنتوقع أن تسلك الأرض مسلكا مخالفا لمسلك القفص السلكي بالنسبة لانتشار الصوت، وبذلك تضيع الصعوبة في فهم تجربة مايكلسون.

لسوء الحظ يخالف هذا التفسير عدد كبير من التجارب العملية مثل التجارب الخاصة بدراسة انتشار الضوء في الماء الجاري. فلو صح أن الأثير يصحب حركة المادة لتوقعنا أن تكون سرعة الضوء في اتجاه سريان الماء مساوية لسرعته في الماء الساكن مضافا إليها سرعة الماء. ولكن بعملية قياس بسيطة نجد أننا نحصل على سرعة أقل مما توقعناه.

بذلك باءت جميع المحاولات التي تستند إلى وجود "أثير" لتفسير النتيجة المفاجئة لتجربة ميكلسون ومورلي بالفشل. والنتيجة أن تجربة ميكلسون وورلي لا تؤيد فقط خضوع الأجسام لمبدأ النسبية بل تؤيد أيضا خضوع الضوء له، أو بتعبير آخر خضوع جميع الظواهر الطبيعية "لمبدأ نسبية الحركة".

وكما رأينا من قبل، أدى مبدأ نسبية الحركة مباشرة إلى "نسبية السرعة": فالسرعة تختلف مشاهدتها من مختبر إلى مختبر تكون متحركة بالنسبة لبعضها البعض. ورأينا الآن أن سرعة الضوء متساوية في جميع المختبرات، وتبلغ 300.000 كيلومتر في الثانية ، ولهذا فهذه السرعة ليست نسبية وإنما هي سرعة مطلقة.

يبدو من الوهلة الأولى أننا نواجه خلافا منطقيا، فتساوي سرعة الضوء في جميع الاتجاهات يتفق مع مبدأ نسبية الحركة ومع ذلك نقول أنها سرعة مطلقة. أي تتساوي في جميع المختبرات التي تتحرك بالنسبة لبعضها البعض. ولكن لا يوجد تعارض فأحيانا يميل المرء إلى أخذ شيء على أنه مطلق بسبب محدودية معرفته وقد يكون هذا الشيء نسبي في حقيقة الأمر. لابد أن يكون القرار مبني على الخبرة العملية المكتسبة.

لنقم برحلة بالقطار:

نتصور أننا نركب قطارا طوله 5.400.000 كيلومتر يتحرك في مسار مستقيم بسرعة منتظمة قدرها 240.000 كيلومتر في الثانية. ونفترض وجود مصباح في منتصف القطار يضاء في لحظة معينة. ونفرض وجود بابين آليين، أحدهما في مقدمة القطار والآخر بعربة المؤخرة، ينفتحان بمجرد سقوط الضوء عليهما. فماذا يرى راكب القطار، وماذا يرى الواقفون على رصيف المحطة؟

سيرى الجالس في منتصف القطار الآتي: طبقا لتجربة ميكلسون ينتشر الضوء في جميع الاتجاهات داخل القطار بنفس السرعة، أي بسرعة 300.000 كيلومتر في الثانية فيصل إلى عربة المقدمة وعربة المؤخرة في نفس الوقت مستغرقا زمنا قدره: 2.700.000÷ 300.000 = 9 ثوان، وبذلك ينفتح البابان آنيا.

وماذا يرى الواقف على رصيف المحطة؟

يتحرك الضوء بالنسبة إلى رصيف المحطة بسرعة قدرها 300.000 كيلومتر في الثانية أيضا. فبينما تتحرك العربة الأخيرة في اتجاه مضاد لاتجاه شعاع الضوء الصادر من وسط القطار فيصل الضوء إلى الباب الخلفي في زمن مقداره: 2.700.000 ÷ (300.000 + 240.000) = 5 ثوان. أما بالنسبة إلى عربة المقدمة فلا بد للضوء من ملاحقتها فيصله في زمن مقداره: 2.700.000 ÷ (300.000 - 240.000) == 45 ثانية. أي يظهر البابان للواقف على رصيف المحطة بأنهما ينفتحان في أوقات مختلفة، إذ يرى باب المؤخرة ينفتح أولا ثم ينفتح باب المقدمة بعده بعدد 45 - 5 == 40 ثانية.

ونجد أن حدثين متماثلين تماما كانفتاح باب العربة الأمامية وباب عربة المؤخرة يضران لراكب القطار أنهما ينفتحا آنيا، بينما يظهران للواقف على رصيف المحطة بفرق زمني قدره 40 ثانية.

تبدو نتيجة التجربة السابقة عجيبة ومع ذلك فهي تتفق تماما مع التجربة العملية. ولن نفعل مثلما فعل ريفي بسيط ذهب لأول مرة لحديقة الحيوان وشاهد الزرافة فقال: "هذا حيوان غير معقول". فالمنطق السليم يخدعنا فهو يميل ببساطة إلى تعميم المدلولات التي نصادفها في حياتنا اليومية، ودرجة فهمنا للأشياء ما هي إلا مرآة لخبرتنا المحدودة.

والصعوبة في فهم وقبول حقيقة حدثين يظهران للواقف على رصيف المحطة وبينهما فرق زمني في حين ظهورهما لراكب القطار آنيا تماثل الصعوبة التي صادفها الريفي الذي ارتبك من منظر الزرافة. وقد أصبحنا في نفس موقف الريفي الذي لم يرى حيوانا كهذا من قبل، فنحن لم نتحرك إطلاقا بسرعة تبلغ 240.000 كيلومتر في الثانية. فليس من العجيب أن يفاجأ الفيزيائيون بظواهر لا تمت إلى ما نألفه في حياتنا العادية بصلة عند دراستهم لسرعات قريبة من سرعة الضوء. وقد واجهت النتيجة الغريبة لتجربة ميكلسون علماء الفيزياء بتلك الحقائق وأرغمتهم على مراجعة مفاهيم مألوفة عديدة لا تبدو واضحة للمنطق السليم مثل آنية حدثين.

يمكننا بالطبع التمسك بوجهة نظر "المنطق السليم" وإنكار وجود الظواهر الجديدة ولكن إن فعلنا ذلك يصبح مثلنا مثال الريفي في المأثورة.

لا يخشى العلم من مناقشة ما يسمى "المنطق السليم" ولكنه يخشى فقط معارضة التصورات المألوفة للحقائق التجريبية الجديدة وعند ظهور مثل ذلك الخلاف يقضي العلم بلا رحمة على تلك التصورات التي بناها "المنطق السليم" ويرتفع بمعرفتنا إلى مستوى أعلى

ظننا من قبل أن حدثين آنيين يظهران آنيا لأي مختبر نختاره للمشاهدة فجاءت التجربة العملية بنتيجة مختلفة. ومن الواضح ينطبق هذا فقط على المختبرات التي تكون في حالة سكون بالنسبة لبعضها البعض. أما في حالة مختبرين يتحرك أحدهما بالنسبة للآخر فمن الممكن أن يظهر حدثان في أحدهما آنيا ولا يظهران أنيا في المختبر الآخر. أي أن آنية الأحداث "نسبية"، ويكون لها معنى فقط إذا عرفنا حركة المختبر التي شوهدت منه. هذا معناه أن آنية حدثين لا تعتمد الحدثين نفسهما فقط وإنما تعتمد بالإضافة إلى ذلك على المختبر الذي تجري منه الرؤية.

من المألوف لنا التحرك بسرعات تقل كثيرا عن سرعة الضوء ولهذا لا نستطيع ملاحظة الصفة النسبية لآنية الأحداث. فإذا قمنا بدراسة سرعات مقاربة لسرعة الضوء نجدنا مضطرون لمراجعة صفتي "الأسبقية" و"الملاحقة" للأحداث، تماما كما اضطر الإنسان لمراجعة مدلولي "فوق" و"تحت" على الأرض بعد قيامه برحلات طويلة مقاربة لأبعاد الكرة الأرضية ، وقبل ذلك لم يجد ما يعارض اعتقاده بأن الأرض قرص مسطح.

في الواقع لا يوجد لدينا إمكانية للتحرك بسرعة مقاربة لسرعة الضوء نتمكن بها من مشاهدة تلك الظواهر التي تبدو مربكة لتصورنا القديم، ولكننا تمكّنا من إثبات تلك الظواهر بتجارب علمية عديدة. فالقدر المكتوب للمكان هو نفس القدر المكتوب للزمن. والقول وقوع حدثين "في نفس الوقت أصبح لا معنى له، كالقول بحدوثهما في "نفس المكان". فإذا أردنا تعيين الفترة الزمنية بين حدثين فلا بد من تعريف المختبر الذي أجرينا منه المشاهدة تماما كما نفعل ذلك عند تعيين المسافة بينهما.

يسمى العلم الخاص بنسبية الزمن وما ترتب عليها من استنتاجات بالنظرية النسبية ولا يصح الخلط بينها وبين نسبية الحركة.

لو كان من الممكن إرسال إشارات بسرعة لا نهائية لأصبح لدينا وسيلة لإثبات أنية حدثين. إذ بوصول إشارتين لا نهائيتي السرعة ممثلتان للحدث الأول والثاني في نفس الوقت تعطي آنية الحدث صفة مطلقة، أي لا تعتمد على حركة المختبر الذي تجرى منه المشاهدة. ونظرا لعدم تأييد التجربة العملية لصفة مطلقة للزمن نستنتج أن انتقال إشارات اللاسلكي لا يمكن أن يتم كلمح البصر. وكذلك لا يمكن انتقال الطاقة من نقطة إلى أخرى في الفراغ بسرعة لا نهائية. وهذا يعني أن الانتقال لا يمكن أن يتعدى حدا معينا للسرعة يسمى "الحد الأقصى للسرعة".

هذا الحد الأقصى يعادل سرعة الضوء.

وطبقا لتماثل القوانين الطبيعية في جميع المختبرات التي تتحرك بسرعة منتظمة وفي خط مستقيم بالنسبة لبعضها البعض (مبدأ نسبية الحركة)، فاكتشاف وجود حد أقصى للسرعة يمثل أيضا "قانونا طبيعيا"، أي أن الحد الأقصى للسرعة يأخذ نفس القيمة بالضبط في جميع المختبرات، وللضوء تلك الخاصية. بناء على ذلك لا تمثل سرعة الضوء ببساطة سرعة انتشار ظاهرة طبيعية معينة فقط، وإنما تلعب دورا مهما كحد أقصى لسرعة المادة والطاقة.

أوضحت النظرية النسبية أن وجود حد أقصى للسرعة يعود إلى طبيعة الكون نفسه، ويكون من المضحك لو ظننا أن التقدم التكنولوجي سيمكننا يوما ما من التفوق على سرعة الضوء. وتلعب سرعة الضوء دورا غير عادي في الطبيعة فهي تمثل تلك السرعة بالذات التي تحدد انتشار أي حدث على الإطلاق. فإما أن يكون الضوء أسرع من الحدث أو تصل سرعته في الحالة القصوى إلى سرعة الضوء.

بذلك تصبح طريقة إثبات وقوع حدثين آنيا متفقة تماما مع الطبيعة النسبية لهذا المدلول، فلحساب زمن التأخير لا بد من قسمة المسافة بين النقطتين التي وقع فيهما الحدثان على سرعة انتشار الإشارتين. وقد علمنا من قبل بالمدلول النسبي للمكان.

نريد تسمية قطارنا ذو الأضواء البارقة "بقطار أينشتاين". ونفرض أن ميكانيكية أبوابه لا تعمل كما ينبغي بحيث يلاحظ الراكب انفتاح الباب الخلفي بزمن قدره 15 ثانية. يرى الواقف على رصيف المحطة أن الباب الخلفي ينفتح قبل الباب الأمامي بزمن قدره: 40 - 15 = 25 ثانية (انطر نسبية التزامن).

هذا معناه أنه من الممكن أن يُشاهد حدث من أحد المختبرات سابقا لغيره، ويشاهد من مختبر آخر لاحقا له. يتبادر لنا في الحال أن نسبية ملولي "الأسبقية" و"التلاحق" لا بد وأن تكون محدودة. فلا يمكن أن نسمح (من وجهة نظر أي من المختبرات) أن يولد ابن قبل أمه.

فعند حدوث بقعة على الشمس تظهر للمشاهد الذي يرصد الشمس بمنظاره بعد 8 دقائق، وأي عمل ينجزه بعد ذلك يكون لاحقا مطلقا لظهور بقعة الشمس، أي يكون العمل لاحقا للبقعة من وجهة نظر مختبر نراقب منه كلا من المشاهد والبقعة. وبالعكس كل شيء يحدث للمشاهد في وقت سابق يزيد 8 دقائق من لحظة رؤيته للبقعة (بحيث يكون شعاع الضوء الحامل للحدث قد وصل الشمس قبل حدوث البقعة) يكون سابقا مطلقا. أما إذا أشعل المشاهد سيجارته مثلا في لحظة بين حدوث البقعة الشمسة ورؤيته لها فلا تكون العلاقة الزمنية بين حدوث البقعة وإشعال السيجارة علاقة مطلقة.

يصبح في إمكاننا التحكم عن طريق ضبط حركتنا بالنسبة لكل من البقعة والمشاهد بحيث نرى المشاهد يشغل سيجارته قبل أو بعد ظهور بقعة الشمس أو حتى في نفس وقت ظهورها لنا، وذلك بحسب اختيار سرعتنا واتجاه حركتنا.

يبين مبدأ النسبية بذلك وجود ثلاثة علاقات زمنية للأحداث لاحقة المطلقة، والتي هي ليست سابقة ولا لاحقة، وإنما تعتمد على المختبر الذي نراقب منه الأحداث.

# data[].attributes.attachment_link.title
زمكان - ويكيبيديا

# data[].attributes.attachment_link.description
الزمكان ( بالإنجليزية: Spacetime)‏ (الزمان-مكان) أو الزمان المكاني هو دمج لمفهومي الزمان والمكان، هو الفضاء بأبعاده الأربعة، الأبعاد المكانية الثلاثة التي نعرفها؛ الطول والعرض والارتفاع، مضاف إليها الزمن كبعد رابع، هذه الفضاء الرباعي تشكل نسيج أو شبكة تحمل كل شيء في هذا الكون، كل جسم مهما كان حجمه وكل حدث يخضع لها، فلا وجود للأشياء ولا للأحداث خارج نطاقي الزمان والمكان.

# data[].attributes.headline
 مقالة حول نظرية اينشتاين حول انحناء الفضاء (1)

# data[].attributes.subject
 مقالة حول نظرية اينشتاين حول انحناء الفضاء (1)

# data[].attributes.body
- مدخل إلى النسبية العامة

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
النسبية العامة ( بالإنجليزية: General relativity)‏، هي نظرية للجاذبية وضعها ألبرت أينشتاين بين عامي 1907 و1915. تنص نظرية النسبية العامة على أن التأثير الملحوظ للجاذبية بين الكتل ناتج عن انحناء الزمكان بفعل هذه الكتل.

حتى أوائل القرن العشرين، ظل قانون الجذب العام لنيوتن مقبولًا لمدة تخطت مئتي عام باعتباره وصفًا صحيحًا لقوة الجاذبية بين الكتل. وفي نموذج نيوتن ، تنتج الجاذبية عن قوة جذب بين الأجسام الضخمة. وبالرغم من انزعاج نيوتن نفسه بسبب الطبيعة المجهولة لهذه القوة، ظل الإطار العام لهذه النظرية ناجحًا بشكل كبير في وصف الحركة.

تُبين التجارب والملاحظات أن وصف أينشتاين للجاذبية يفسر العديد من التأثيرات التي لم يتمكن قانون نيوتن من تفسيرها، مثل حالات الشذوذ الطفيف في مدارات عطارد والكواكب الأخرى. تتنبأ النسبية العامة أيضًا بآثار جديدة للجاذبية، مثل الموجات الثقالية، وعدسة الجاذبية، وأثر الجاذبية على الزمن المعروف بتمدد الزمن الثقالي. أُكدت صحة العديد من هذه التنبؤات بالتجربة أو بالرصد، وكان أحدثها الأمواج الثقالية.

تطورت النسبية العامة لتكون أداةً رئيسيةً في علم الفيزياء الفلكية الحديث. فهي توفر الأساس الذي يقوم عليه الفهم الحالي للثقوب السوداء، والمناطق من الفضاء حيث ترتفع فيها قوة الآثار الثقالية لدرجة تحول دون إفلات الضوء. ويُعتقد أن جاذبية هذه المناطق الشديدة مسؤولةً عن الإشعاع الشديد الصادر من بعض الأنواع المعينة من الأجرام الفلكية، مثل الأنوية المجرية أو النجوم الزائفة الدقيقة. تعتبر النسبية العامة أيضًا جزءًا من الإطار القياسي لنموذج الانفجار العظيم بعلم الكونيات.

ورغم أن نظرية النسبية العامة ليست النظرية النسبية الوحيدة للجاذبية، فإنها أبسط نظرية نسبية تتوافق مع البيانات التجريبية. ومع ذلك، يظل هناك عدد من الأسئلة القائمة، أهمها كيفية التوفيق بين النسبية العامة وقوانين فيزياء الكم لإنتاج نظرية كاملة متسقة ذاتيًا للجاذبية الكمية.

في سبتمبر 1905، نشر ألبرت أينشتاين نظريته النسبية الخاصة، والتي توفق بين قوانين نيوتن للحركة والديناميكا الكهربائية (التفاعل بين الأجسام المشحونة كهربيًا). قدمت النسبية الخاصة إطارًا جديدًا للفيزياء باقتراحها لمفاهيم جديدة للزمن والمكان. كان هناك عدم توافق بين هذا الإطار الجديد وبعض النظريات الفيزيائية المقبولة آنذاك؛ وكانت نظرية نيوتن للجاذبية أحد أهم الأمثلة على هذه النظريات، والتي تصف التجاذب المتبادل بين الأجسام بفعل كتلتها.

تتلاشى أغلب آثار الجاذبية في حالة السقوط الحر، ولكن يمكن إصدار آثار مشابهة للجاذبية من خلال إطار مرجعي متسارع. لن يتمكن المراقب الموجود في غرفة مغلقة من تحديد أي مما يلي صحيحًا:

تسقط الأجسام إلى أرضية الغرفة بسبب استقرار الغرفة على سطح الأرض، وبالتالي تنجذب الأجسام إلى الأسفل بفعل الجاذبية الأرضية.

تسقط الأجسام إلى أرضية الغرفة بسبب وجود الغرفة على متن صاروخ في الفضاء بعيدًا عن أي من مصادر الجاذبية، ويتسارع بمعدل 9.8 متر لكل ثانية مربعة، وهي عجلة الجاذبية المعيارية على الأرض. تنجذب الأجسام إلى أرضية الغرفة بفعل نفس "القوة القصورية" التي تدفع سائق السيارة المتسارعة إلى الخلف نحو مقعده.

وبالعكس، يمكن أيضًا ملاحظة أي أثر مرصود في إطار مرجعي متسارع في حقل جاذبية مساوٍ له في القوة. سمح هذا المبدأ لأينشتاين بالتنبؤ بالعديد من الآثار الجديدة للجاذبية عام 1907، كما سنستعرض في القسم التالي.

يجب على المراقب الموجود في إطار مرجعي متسارع إدخال ما يسميه عليه الفيزيائيون بالقوى الوهمية لتفسير سبب التسارع الذي يؤثر على المراقب والأجسام من حوله. يعتبر مثال السائق الذي يندفع إلى الخلف نحو مقعده أحد الأمثلة على هذه القوة؛ وتعتبر القوة التي نشعر بها دافعةً أذرعنا إلى الخارج والأعلى، في أثناء الدوران حول أنفسنا مثل لعبة البلبل، أحد الأمثلة الأخرى لهذه القوة. كانت الرؤية الرئيسية لأينشتاين أن الجاذبية المستمرة والمعروفة لحقل جاذبية كوكب الأرض هي في الأساس نفس هذه القوى الوهمية. ويتناسب المقدار الظاهر لهذه القوى الوهمية دائمًا مع كتلة أي جسم تؤثر عليه، وعلى سبيل المثال، يبذل المقعد قوةً كافيةً لتسريع السائق بنفس معدل تسارع السيارة. وقياسًا على ذلك، رأى أينشتاين أن أي جسم موجود في أي حقل جاذبية يجب أن يتأثر بقوة جاذبية تتناسب مع كتلته، تمامًا كما يصف قانون الجذب العام لنيوتن.

يتشابه هذا الانزياح الجذبوي في التردد مع تمدد الزمن الثقالي ؛ فإذا كان المراقب "الأعلى" يرى نفس الموجة الضوئية بتردد أقل مقارنةً بالمراقب "الأدنى"، يجب على الزمن أيضًا أن يمر بشكل أسرع عند المراقب الأعلى. وبالتالي، فإن الوقت يمر بشكل أبطأ بالنسبة للمراقبين عند الارتفاعات المنخفضة في أي مجال جاذبية.

ومن المهم التأكيد على عدم وجود أي تغيرات مرصودة، بالنسبة لكل مراقب منهما، في سير زمن الأحداث أو العمليات الواقعة في إطارهما الزمني. وبالتالي، ستكون البيضة المسلوقة لمدة 5 دقائق، حسب ساعة كل مراقب، لها نفس القوام في كلتا الحالتين؛ كما أن مرور سنة واحدة حسب ساعة كل مراقب منهما سيؤدي إلى تقدمهما في العمر بنفس المقدار؛ وباختصار، ستكون كل ساعة من الساعتين على توافق تام مع العمليات التي تحدث حولها بشكل مباشر. ويمكن ملاحظة الاختلاف فقط عند مقارنة مرور الوقت على ساعة كل مراقب مع المراقب الآخر؛ إذ سيتضح أن الزمن كان يمر بشكل أبطأ عند المراقب الأدنى بالنسبة للمراقب الأعلى. ويعتبر هذا التأثير ضئيلًا للغاية، ولكنه أُثبت أيضًا تجريبيًا في العديد من التجارب، كما هو موضح أدناه.

لا يمكن تشكيل نظرية كاملة للجاذبية من التكافؤ بين التأثيرات الثقالية والقصورية. سنتمكن من تقديم تفسير مناسب عند تفسير الجاذبية حول موقعنا من سطح الأرض، مع الإشارة إلى أن إطارنا المرجعي ليس في حالة سقوط حر، إذ يمكن توقع القوى الوهمية. ولكن لا يمكن للإطار المرجعي في حالة السقوط الحر عند أحد جانبي الأرض تقديم تفسير سبب تأثر الناس عند الجانب المقابل من الأرض بقوة جاذبية في الاتجاه المعاكس.

يمكن ملاحظة أحد المظاهر الأساسية الأخرى لنفس التأثير عند سقوط جسمين جنبًا إلى جنب نحو سطح الأرض. ففي إطار السقوط الحر المرجعي لهذين الجسمين، يبدو الجسمان وكأنهما يحومان بلا وزن، ولكن ليس هذا ما يحدث بالضبط. لا يسقط هذان الجسمان في نفس الاتجاه بشكل دقيق، بل يسقطان نحو نقطة مكانية واحدة تُعرف بمركز جاذبية الأرض. وبالتالي، توجد مُركبة لحركة كل جسم في اتجاه الآخر (انظر الشكل). وفي البيئات الصغيرة مثل المصعد الذي يسقط سقوطًا حرًا، سيكون هذا التسارع النسبي ضئيلًا للغاية، ولكن سيكون هذا التأثير كبيرًا بين القافزين بالمظلات عند جانبين متقابلين من الأرض. وتعتبر هذه الفروقات في القوة أيضًا مسؤولةً عن المد والجزر في محيطات الأرض، ولهذا يستخدم مصطلح "التأثير المدي" لوصف هذه الظاهرة.

لا يمكن تفسير التأثيرات المدية عبر التكافؤ بين القصور الذاتي والجاذبية، إذ إنه لن يتمكن من تفسير الاختلافات في مجال الجاذبية. ولهذا، نحتاج إلى نظرية تصف الطريقة التي تؤثر بها المادة (مثل الكتلة الكبيرة للأرض) على البيئة القصورية من حولها.

خلال استكشافه للتكافؤ بين الجاذبية والتسارع بالإضافة إلى دور القوى المدية، اكتشف أينشتاين عدة تشابهات مع هندسة الأسطح. وعلى سبيل المثال، الانتقال من الإطار المرجعي القصوري (الذي تسقط فيه الجسيمات الحرة عبر خطوط مستقيمة بسرعات ثابتة) إلى الإطار المرجعي الدوار (والذي يتطلب إدخال مفاهيم أخرى مناظرة للقوى الوهمية لتفسير حركة الجسيمات فيه)؛ وتتشابه هذه الحالة مع الانتقال من النظام الإحداثي الديكارتي (الذي تكون خطوطه الإحداثية مستقيمةً) إلى نظام الإحداثيات المنحنية (والذي تكون خطوطه الإحداثية غير مستقيمة).

عادةً ما كانت العناصر الأساسية للهندسة؛ النقاط، والخطوط، والمثلثات، تُعرَّف في مكان ثلاثي الأبعاد أو على أسطح ثنائية الأبعاد. وفي عام 1907، قدم هيرمان مينكوفسكي، أستاذ الرياضيات السابق لأينشتاين بالمعهد السويسري الفيدرالي للتكنولوجيا، ما يُعرف بفضاء مينكوفسكي، وهي صيغة هندسية لنظرية النسبية الخاصة لأينشتاين، والتي لم تتضمن المكان فحسب؛ بل تضمنت الزمن أيضًا. كانت الكينونة الأساسية لهذه الهندسة الجديدة زمكانًا رباعي الأبعاد. وبالتالي، فإن مدارات الأجرام المتحركة منحنيات في الزمكان ؛ ومدارات الأجرام التي تتحرك بسرعات ثابتة دون تغيير اتجاهها تمثل خطوطًا مستقيمةً.

طُورت هندسة الأسطح المنحنية العامة في أوائل القرن التاسع عشر بواسطة كارل فريدريش غاوس. وعُممت هذه الهندسة بدورها على الأفضية ذات الأبعاد الأعلى في الهندسة الريمانية التي وضعها برنارد ريمان خلال خمسينيات القرن التاسع عشر. وبمساعدة الهندسة الريمانية، صاغ أينشتاين وصفًا هندسيًا للجاذبية، واستبدل في هذا الوصف زمكان مينكوفسكي بزمكان آخر منحنٍ ومشوه، تمامًا مثل اعتبار الأسطح المنحنية تعميمًا للأسطح المستوية العادية. تستخدم المخططات التضمينية لرسم الزمكان المنحني في السياقات التعليمية.

اقتباسًا من جون ويلر، يمكن تلخيص نظرية أينشتاين الهندسية للجاذبية كما يلي: يحكم الزمكان كيفية حركة المادة؛ بينما تحكم المادة كيفية انحناء الزمكان. سنتناول ما يعنيه هذا التلخيص في الأقسام الثلاثة التالية، التي تستكشف حركة الجسيمات المعروفة بجسيمات الاختبار، وتبحث حول أي من خواص المادة يمكن اعتبارها مصدرًا للجاذبية، وأخيرًا معادلات أينشتاين التي تربط بين هذه الخواص للمادة مع انحناء الزمكان.

لتخطيط التأثير الثقالي لأحد الأجسام، من المفيد التفكير فيما يُطلق عليه الفيزيائيون جسيمات الاختبار أو الفحص؛ وهي الجسيمات التي تتأثر بالجاذبية ولكنها صغيرة وخفيفة للغاية لدرجة تسمح لنا بإهمال تأثيرها الثقالي الخاص. وفي غياب الجاذبية والقوى الخارجية الأخرى، تتحرك جسيمات الاختبار في خطوط مستقيمة بسرعة ثابتة. وفي لغة الزمكان، يمكن القول بأن هذه الجسيمات تتحرك على طول خطوط العالم المستقيمة في الزمكان. أما في وجود الجاذبية، سيكون الزمكان غير إقليدي، أي منحنيًا، وفي الزمكان المنحني لن تكون خطوط العالم المستقيمة موجودةً. وبدلًا من ذلك، ستتحرك جسيمات الاختبار على طول خطوط تعرف بخطوط الجيوديسي ، وهي خطوط "مستقيمة قدر الإمكان"، أي أنها ستتبع أقصر طريق ممكن بين نقطة البداية ونقطة النهاية، مع أخذ الانحناء في الاعتبار.

ويوجد تشابه بسيط: في علم الجيوديسيا، وهو علم قياس مساحة وشكل الأرض، يعتبر الخط الجيوديسي أقصر طريق بين نقطتين على سطح الأرض. وتقريبًا، سيكون هذا الطريق قطاعًا من دائرة كبيرة، مثل خط الطول أو خط الاستواء. وهذه المسارات ليست مستقيمةً بالتأكيد، ببساطة لأنها مجبرة على اتباع انحناء سطح الأرض. ومع ذلك، فهي مستقيمة قدر الإمكان مع خضوعها لهذا الانحناء.

تعتبر الاجسام التي نراها في حياتنا اليومية (الناس، والسيارات، والمنازل، وحتى الجبال) ذات كتلة ضئيلة مقارنةً بالأجرام الفلكية. وعندما يتعلق الأمر بهذه الأجسام، ستكون القوانين التي تحكم سلوك جسيمات الاختبار كافيةً لوصف ما يحدث. وبشكل ملحوظ، يجب التأثير على جسيمات الاختبار بقوة خارجية حتى تنحرف عن مسارها الجيوديسي. يبذل الكرسي الذي يجلس عليه أي شخص قوةً خارجيةً عليه للأعلى، لتمنعه من السقوط الحر نحو مركز جاذبية الأرض، وبالتالي، ستحول هذه القوة دون اتباعه لخط جيوديسي، وهو ما كان سيحدث لولا وجود مادة بين هذا الشخص ومركز جاذبية الأرض. وبهذه الطريقة، تفسر النسبية العامة الجاذبية التي نتأثر بها بشكل يومي على سطح الأرض؛ ليس بأنها قوة جاذبة تسحبنا إلى الأسفل، ولكن بأنها قوى خارجية تدفعنا إلى الأعلى. تدفع هذه القوى جميع الأجسام الساكنة على سطح الأرض عن مساراتها الجيوديسية التي كانت ستتبعها لولا وجود هذه القوى. أما بالنسبة لمادة الأجرام ذات التأثير الثقالي الكبير الذي لا يمكن إهماله، تعتبر قوانين الحركة أكثر تعقيدًا نوعًا ما مقارنةً بجسيمات الاختبار، ولكن يظل مبدأ أن الزمكان يحكم كيفية حركة المادة صحيحًا.

في وصف نيوتن للجاذبية، تنتج قوى الجاذبية من المادة. وبشكل أكثر دقةً، تنتج هذه القوى من خاصية محددة للأجسام المادية؛ وهي الكتلة. وفي نظرية أينشتاين ونظريات الجاذبية الأخرى المرتبطة بها، ينتج الانحناء الموجود عند كل نقطة في الزمكان من أي مادة موجودة. وهنا أيضًا، تعتبر الكتلة خاصيةً رئيسيةً في تحديد التأثير الثقالي للمادة. وفي النظرية النسبية للجاذبية، لا يمكن للكتلة أن تكون المصدر الوحيد للجاذبية؛ إذ تربط النسبية الكتلة بالطاقة، والطاقة بالزخم.

يعتبر التكافؤ بين الكتلة والطاقة، المُعبر عنه في الصيغة ، أشهر نتائج النسبية الخاصة. ففي النسبية، تعتبر الكتلة والطاقة طريقتين مختلفتين لوصف كمية فيزيائية واحدة. وإذا كان النظام الفيزيائي يتضمن طاقةً، فسيتضمن أيضًا كتلةً مناظرةً، والعكس صحيح. وتحديدًا، تساهم جميع خواص أي جسم المرتبطة بالطاقة، مثل درجة حرارته أو طاقة ارتباط الأنظمة مثل الأنوية والجزئيات، في كتلة هذا الجسم، وبالتالي يمكن اعتبارها مصدرًا للجاذبية.

تعتبر معادلات أينشتاين محورًا للنسبية العامة. فهي تقدم صيغةً دقيقةً للعلاقة بين هندسة الزمكان وخواص المادة، باستخدام لغة الرياضيات. وبشكل ملموس، صيغت هذه المعادلات باستخدام مفاهيم الهندسة الريمانية ، والتي تُوصَف فيها الخواص الهندسية للمكان (أو الزمكان) بكمية تسمى المترية. ترمز المترية إلى المعلومات اللازمة لحساب المفاهيم الهندسية الأساسية للمسافة والزوايا في المكان المنحني (أو الزمكان).

يمكن استخدام الدالة المترية ومعدل تغيرها بين نقطة وأخرى لتحديد كمية هندسية تسمى موتر انحناء ريمان، والذي يصف بالضبط كيفية انحناء متعدد الشعب الريماني ، وهو الزمكان في نظرية النسبية، عند كل نقطة. وطبقًا لما ذُكر بالفعل، يحدد محتوى المادة في الزمكان كميةً أخرى، وهي موتر الطاقة والزخم T، ويعني مبدأ أن "الزمكان يحكم كيفية حركة المادة، والمادة تحكم كيفية انحناء الزمكان" أن هاتين الكميتين يجب أن تكونا على علاقة ببضعهما البعض. صاغ أينشتاين هذه العلاقة باستخدام موتر انحناء ريمان والمترية لتحديد كمية هندسية أخرى G، وهي ما تُعرف الآن بموتر أينشتاين، والذي يصف بعض جوانب طريقة انحناء الزمكان. تنص معادلة أينشتاين على ما يلي:

عند مضاعف ثابت، تتناسب الكمية G (التي تقيس الانحناء) مع الكمية T (التي تقيس محتوى المادة). إذ إن G هو ثابت الجذب العام لنيوتن، و c هي سرعة الضوء من النسبية الخاصة.

غالبًا ما يُشار إلى هذه المعادلة بصيغة الجمع، أي معادلات أينشتاين، إذ تُحدَّد كل كمية من الكميتين G وT بواسطة عدة دوال لإحداثيات الزمكان، وتساوي المعادلات كلًا من هذه الدوال المركبة. يصف حل هذه المعادلات هندسةً معينةً للزمكان؛ فعلى سبيل المثال، يصف حل شوارزشيلد هندسة ما حول الكتلة الكروية غير الدوارة مثل النجوم والثقوب السوداء، بينما يصف حل كير الثقب الأسود الدوار. ولا تزال هناك حلول أخرى يمكن أن تصف الموجات الثقالية، أو الكون المتمدد في حل فريدمان-لوميتر-روبرتسون-ووكر. ويعتبر زمكان مينكوفسكي غير المنحني أبسط الحلول، وهو الزمكان الذي وُصف بواسطة النسبية الخاصة.

لا توجد نظرية علمية صحيحة بشكل بديهي؛ إذ تعتبر كل نظرية نموذجًا يجب أن يخضع للفحص عبر التجربة. قُبل قانون نيوتن للجاذبية بسبب تفسيره لحركة الكواكب والأقمار في المجموعة الشمسية بدقة كبيرة. ومع تحسن دقة القياسات التجريبية تدريجيًا، ظهرت بعض التناقضات مع تنبؤات نيوتن، وفُسرت تلك التناقضات في نظرية النسبية العامة. وبشكل مماثل، يجب فحص تنبؤات النسبية العامة بالتجربة أيضًا، وابتكر أينشتاين بنفسه ثلاثة اختبارات تُعرف الآن بالاختبارات الكلاسيكية للنظرية:

تتنبأ الجاذبية النيوتونية بأن المدار الذي يسلكه كوكب واحد حول نجم كروي تمامًا يجب أن يكون إهليجيًا. وتتنبأ نظرية أينشتاين بمنحنى أكثر تعقيدًا؛ إذ يرى أن الكوكب يتصرف وكأنه يدور في مدار إهليجي أيضًا، ولكن في الوقت نفسه، يدور هذا المدار الإهليجي ككل ببطء حول النجم. وفي الشكل على اليسار، يظهر المدار الإهليجي الذي تنبأ به نيوتن باللون الأحمر، بينما يظهر المدار الذي تنبأ به أينشتاين باللون الأزرق. وبالنسبة لكوكب يدور حول الشمس، يُعرف الانحراف عن مدارات نيوتن بانحراف الحضيض الشمسي الشاذ. كان أول قياس لهذا التأثير خاص بكوكب عطارد، ويرجع إلى عام 1859. كانت أكثر القياسات دقةً لهذا التأثير حتى يومنا هذا، لكوكب عطارد والكواكب الأخرى، قائمةً على القياسات التي نُفذت بين 1966 و1990، باستخدام المراصد الراديوية. تتنبأ النسبية العامة بانحراف الحضيض الشمسي الشاذ بشكل صحيح لجميع الكواكب التي يمكن قياس هذا التأثير عندها بشكل دقيق، وهي عطارد، والزهرة، والأرض.

طبقًا للنسبية العامة، لا يسير الضوء في خطوط مستقيمة عندما ينتشر في مجال جاذبية. وبالتالي، ينحرف الضوء عن مساره في وجود الأجرام الضخمة. وتحديدًا، ينحرف ضوء النجوم عن مساره بسبب مروره بالقرب من الشمس، ما يؤدي إلى انحرافات ظاهرية تصل إلى 1.75 ثانية قوسية في مواقع النجوم بالسماء (تبلغ الثانية القوسية 1/3600 من الدرجة). وفي إطار الجاذبية النيوتونية، يمكن تقديم حجة إرشادية تفيد بانحراف الضوء بنصف هذا المقدار. يمكن اختبار التنبؤين المختلفين من خلال رصد النجوم القريبة من الشمس خلال الكسوف الشمسي. وبهذه الطريقة، أكدت بعثة استكشافية بريطانية إلى أفريقيا الغربية في عام 1919، بقيادة آرثر إدينغتون، صحة تنبؤ أينشتاين وخطأ التنبؤات النيوتونية عبر رصد كسوف مايو 1919 الشمسي. لم تكن نتائج إدينغتون دقيقةً بشكل كبير؛ ولكن أكدت عمليات الرصد التالية لانحراف الضوء الصادر من النجوم الزائفة البعيدة بسبب الشمس، والتي استخدمت تقنيات عالية الدقة لعلم الفلك الراديوي، صحة نتائج إدينغتون بدقة أفضل بشكل كبير، ويرجع أول هذه القياسات إلى عام 1967، ويرجع آخر تحليل شامل لهذا التأثير إلى عام 2004.

قِيس الانزياح الأحمر الجذبوي لأول مرة بمعدات مختبرية عام 1959 بواسطة باوند وريبيكا. ويمكن رؤية هذه الظاهرة أيضًا في القياسات الفيزيائية الفلكية، خاصةً الضوء الهارب من القزم الأبيض "الشعرى اليمانية ب". وقِيس تأثير تمدد الزمن الثقالي المرتبط بهذه الظاهرة عبر نقل ساعات ذرية إلى ارتفاعات تتراوح بين عشرات وعشرات الآلاف من الكيلومترات (أول مرة كانت في 1971 بواسطة هافيليه وكيتينج؛ وكانت أدق مرة حتى يومنا هذا بواسطة مسبار الجاذبية أ الذي أُطلق عام 1976).

تلعب النماذج القائمة على النسبية العامة دورًا هامًا في الفيزياء الفلكية؛ كما أن نجاح هذه النماذج دليلًا آخر على صحة النظرية.

تعتبر الموجات الثقالية أحد النتائج المباشرة لنظرية أينشتاين، وهي تشوهات في هندسة الزمكان تنتشر بسرعة الضوء، ويمكن اعتبارها تموجات في الزمكان. ويجب ألا نخلط بينها وبين موجات الجاذبية في ديناميكا الموائع، والتي تعتبر مفهومًا مختلفًا عنها.

وبشكل غير مباشر، رُصد تأثير الموجات الثقالية في عمليات رصد بعض النجوم الثنائية المعينة. تتكون هذه الثنائيات من نجمين يدوران حول بعضهما البعض، ومع دورانهما، يفقدا طاقتهما تدريجيًا عبر إطلاق الموجات الثقالية. وبالنسبة للنجوم العادية مثل الشمس، ستكون الطاقة المفقودة ضئيلةً للغاية لنتمكن من رصدها، ولكن رُصد ذلك الفقد في الطاقة عام 1974 في نابض ثنائي يُسمى PSR1913+16. وفي هذا النظام الثنائي، يكون أحد النجمين نجمًا نابضًا. وسيترتب على هذا النظام نتيجتان: يعتبر النجم النابض جرمًا ذا كثافة عالية للغاية يُعرف باسم النجم النيوتروني، وتكون الموجات الثقالية الناتجة عنه أكبر بكثير من النجوم العادية. وأيضًا، يصدر النابض حزمةً ضيقةً من الإشعاع الكهرومغناطيسي من قطبيه المغناطيسيين. ومع دوران النابض، تمشط حزمته الإشعاعية كوكب الأرض، إذ يُرصد على هيئة سلسلة منتظمة من النبضات الراديوية، بنفس الطريقة التي ترى بيها السفينة الومضات المنتظمة للضوء الصادر من الشعاع الدوار للمنارة. يمكن اعتبار هذا النمط المنتظم من النبضات الراديوية "ساعةً" عالية الدقة. إذ يمكن استخدامه لحساب وقت الفترة المدارية للثنائي النجمي، ويتفاعل هذا النمط بحساسية كبيرة مع تشوهات الزمكان الموجودة حوله مباشرةً.

يمكن تعميم معادلات أينشتاين من خلال إضافة مصطلح آخر يُعرف باسم الثابت الكوني. وعند وجود هذا المصطلح، يمكن أن نعتبر الفضاء الفارغ نفسه مصدرًا للثقالة التجاذبية (أو أقل شيوعًا، التنافرية). وضع أينشتاين هذا المصطلح أول مرة في ورقته العلمية الرائدة حول الكونيات عام 1917، بدافع محدد للغاية؛ إذ كان الاعتقاد الكوني المعاصر يجعل الكون ثابتًا، وبالتالي كان هذا المصطلح الإضافي ضروريًا لوضع نماذج لأكوان ثابتة في إطار نظرية النسبية العامة. وعندما اتضح أن الكون ليس ثابتًا، ولكنه كون متمدد؛ تخلى أينشتاين سريعًا عن هذا المصطلح الإضافي. ومع ذلك، فمنذ نهاية تسعينيات القرن العشرين، أشارت الأدلة الفلكية إلى تمدد كوني متسارع يتزايد بانتظام، ومتسق مع ثابت كوني أو متسق، بشكل مكافئ، مع نوع محدد وموجود في كل مكان من الطاقة المظلمة.

نجحت النسبية العامة بشكل كبير في تقديم إطار للنماذج الدقيقة التي تصف مجموعةً رائعةً من الظواهر الفيزيائية. ومن ناحية أخرى، يوجد العديد من الأسئلة غير المحلولة والمثيرة للاهتمام، وخاصةً أن النظرية ككل تكاد تكون غير مكتملة بشكل مؤكد.

على عكس جميع النظريات الأخرى الحديثة للقوى الأساسية؛ فإن النسبية العامة نظرية كلاسيكية: فهي لا تتضمن تأثيرات فيزياء الكم. يخاطب البحث عن نسخة كمية لنظرية النسبية العامة أحد أهم الأسئلة الأساسية غير المحلولة في الفيزياء. ورغم وجود عدد من النظريات المرشحة الواعدة لنظرية خاصة بالجاذبية الكمية، أبرزها نظرية الأوتار ونظرية الجاذبية الكمية الحلقية، لا توجد أي نظرية منها متسقة وكاملة حتى الآن. ولطالما كان يأمل العلماء بوجود نظرية للجاذبية الكمية تقضي أيضًا على سمة إشكالية أخرى بالنسبية العامة؛ وهي وجود التفردات الزمكانية. تعتبر هذه التفردات حدودًا، "حواف حادةً"، للزمكان حيث تصبح الهندسة عندها غير واضحة، ما يجعل النسبية العامة نفسها فاقدةً لقدراتها التنبؤية. وعلاوةً على ذلك، هناك ما يُعرف بنظريات التفرد التي تتنبأ بحتمية تواجد مثل هذه التفردات داخل الكون في حالة بقاء قوانين النسبية العامة كما هي دون أي تعديلات كمية. وتعتبر التفردات المرتبطة بالنماذج الكونية التي تصف الثقوب السوداء ونشأة الكون أشهر الأمثلة عليها.

أُجريت بعض المحاولات الأخرى لتعديل النسبية العامة في سياق الكونيات. ففي النماذج الكونية الحديثة، توجد أغلب طاقة الكون في أشكال لم تُرصد بشكل مباشر على الإطلاق، ما تُعرف بالطاقة المظلمة والمادة المظلمة. كان هناك عدد من الاقتراحات الجدلية بإزالة الحاجة إلى هذه الأشكال المبهمة من المادة والطاقة، من خلال تعديل القوانين التي تحكم الجاذبية وديناميكا تمدد الكون، مثل ديناميكا نيوتن المعدلة.

بالإضافة إلى تحديات الآثار الكمية والكونيات، يعتبر البحث العلمي في مجال النسبية العامة غنيًا باحتمالات تحقيق المزيد من الاستكشافات: فالنسبيون الرياضياتيون يستكشفون طبيعة التفردات بالإضافة إلى الخواص الأساسية لمعادلات أينشتاين، كما تُجرى عمليات محاكاة حاسوبية أكثر شمولًا لبعض الزمكانات المعينة (مثل التي تصف اندماج الثقوب السوداء). وبعد أكثر من مئة عام منذ نشر النظرية للمرة الأولى، أصبح البحث العلمي في هذا المجال أكثر نشاطًا من أي وقت مضى.

يمكن الاطلاع على المزيد من المصادر والمواد المتقدمة هنا.

# data[].attributes.attachment_link.title
مدخل إلى النسبية العامة - ويكيبيديا

# data[].attributes.attachment_link.description
النسبية العامة ( بالإنجليزية: General relativity)‏، هي نظرية للجاذبية وضعها ألبرت أينشتاين بين عامي 1907 و1915. تنص نظرية النسبية العامة على أن التأثير الملحوظ للجاذبية بين الكتل ناتج عن انحناء الزمكان بفعل هذه الكتل. حتى أوائل القرن العشرين، ظل قانون الجذب العام لنيوتن مقبولًا لمدة تخطت مئتي عام باعتباره وصفًا صحيحًا لقوة الجاذبية بين الكتل.