النسبية العامة
النسبية العامة وتعرف أيضاً باسم نظرية النسبية العامة هي النظرية الهندسية في الجاذبية نشرها ألبرت أينشتاين عام 1915 وتُمثل الوصف الحالي للجاذبية في الفيزياء الحديثة. تعمم النسبية العامة كل من النسبية الخاصة وقانون الجذب العام لنيوتن، بتقديمها لوصف موحد للجاذبية على أنها خاصية هندسية للزمان والمكان، أو الزمكان. وبوجه خاص، يرتبط انحناء الزمكان بشكل مباشر مع الطاقة والزخم لأي مادة وإشعاع موجودين. العلاقة محددة من خلال معادلات أينشتاين للمجال وهي جملة معادلات تفاضلية جزئية.
تختلف بعض تنبؤات النسبية العامة بشكل ملحوظ عن تلك الخاصة بالفيزياء الكلاسيكية، خاصة فيما يخص مرور الوقت وهندسة المكان وحركة الأجسام في السقوط الحر وانتشار الضوء. تشمل الأمثلة على مثل هذه الاختلافات تمدد الزمن الثقالي، وتشكل عدسات الجاذبية، والانزياح الأحمر الجذبوي للضوء، والابطاء الزمني الجذبوي. وقد أكدت تنبؤات النسبية العامة في كل التجارب والملاحظات حتى يومنا هذا. النسبية العامة هي أبسط نظريات النسبية المعنية بالجاذبية المتسقة مع البيانات التجريبية، وبالرغم من ذلك لاتزال الأسئلة قائمة ومن أكثرها جوهرية هو كيفية توحيد النسبية العامة مع قوانين فيزياء الكم لإنتاج نظرية جاذبية كمية كاملة ومتوافقة ذاتيا.
لنظرية أينشتاين نتائج هامة في الفيزياء الفلكية. مثل وجود الثقوب السوداء (مناطق من الفضاء ذات جاذبية قوية وفيها يتشوه المكان والزمان بطريقة لا تسمح بهروب أي شيء، حتى الضوء) وقت نهاية النجوم الكبيرة. توجد العديد من الأدلة تثبت أن الإشعاع الشديد يصدر من أنواع محددة من الأجسام الفلكية بسبب الثقوب السوداء، على سبيل المثال ينتج ، وتنتج نواة المجرة النشطة من وجود الثقوب السوداء النجمية والثقوب السوداء الفائقة الضخامة على التوالي. من الممكن أن يقود انحناء الضوء بالجاذبية إلى تشكل عدسات الجاذبية المؤدية لظهور عدة صور مرئية لنفس الجسم الفلكي البعيد في السماء، وأضافت فكرة تقعر الفراغ بوجود المادة، وهو الأمر الذي يعني أن الخطوط المستقيمة تتشوه بوجود الكتلة، الأمر الذي أثبت عندما تحقق تنبؤ أينشتاين بالتباعد الظاهري لنجمين في فترة كسوف الشمس وذلك يعود إلى تشوه مسار الضوء القادم من النجمين بسبب مرورهما قرب الشمس ذات الكتلة العالية نسبيا وبالتالي تقوس خط سير الضوء القادم من النجمين. مما تنبأ النسبية العامة بوجود أمواج ثقالية، والتي جرى رصدها بشكل مباشر من قبل تعاون ليغو. بالإضاقة لذلك تمثل النسبية العامة الأساس لنماذج علم الكون الفيزيائي الحالية لكون دائم التوسع.
بعد وقت قصير من نشره لنظرية النسبية الخاصة عام 1905، بدأ أينشتاين التفكير حول كيفية تضمين الجاذبية في إطار عمله الجديد عن النسبية. في عام 1907، بدء بتجربة فكرية بسيطة تتضمن مراقب في سقوط حر، وشرع في ما سيكون بحث لمدة ثماني سنوات للنظرية النسبية للجاذبية. بعد العديد من الطرق الالتفافية والبدايات الخاطئة، بلغ عمله ذروته في نوفمبر عام 1915 حيث عرض في الأكاديمية البروسية للعلوم ما يُعرف الآن بمعادلات أينشتاين للمجال. تحدد هذه المعادلات كيف تتأثر هندسة المكان والزمن على أي مادة، وتشكل هذه المعادلات جوهر نظرية النسبية العامة لأينشتاين.
إن معادلات أينشتاين للمجال هي غير خطية ومن الصعب جداً حلها. وقد استخدم أينشتاين طرق تقريبة للخروج بتوقعات أولية للنظرية. في بداية عام 1916 وجد عالم الفلك كارل شوارتزشيلد الحل التام لمعادلات أينشتاين ودعيت مترية شوارزشيلد. وهذه الحلول وضعت الحل لوصف المراحل الأخيرة من انهيار الجاذبية، والأجسام التي تعرف اليوم ثقوب سوداء. وكانت الخطوة الأولى في تعميم شوارزشيلد في حلول الأجسام المشحونة كهربائيا وفي النهاية أسفرت عن مترية ريسنر- نوردستوورم. وهي حاليا مرتبطة بشحنة الثقب الأسود.
طبق أنيشتاين في سنة 1917 نظريته على الكون ككل، والشروع في النسبية الكونية. وكان قد فرض تماشيا مع الفكر السائد أن الكون ساكن وأضاف ثابت جديد إلى معادلات المجال وهو الثابت الكوني.
أدت حلول ألكسندر فريدمان إلى فكرة تمدد الكون سنة 1922 عن طريق الاستغناء عن الثابت الكوني والتي أيدت فيما بعد بواسطة مراقبات إدوين هابل وآخرين. واستخدم جورج لومتر هذه الحلول ليصيغ أول شكل من نظرية الانفجار العظيم من أن الكون تطور من حالة بدائية مفرطة في السخونة والكثافة. اعترف أنيشتاين فيما بعد بأن اعتباره بأن الكون ثابت كان أكبر خطأ ارتكبه في حياته.
خلال تلك الفترة، بقيت النظرية النسبية العامة كنظرية غريبة بين النظريات الفيزيائية. كان من الواضح تفوقها على قانون الجذب العام لنيوتن، كونها تتفق مع النسبية الخاصة ولتعليلها بعض الآثار التي لم تستطع نظرية نيوتن تفسيرها. قدم آينشتاين في عام 1915 تفسيرا لانحراف مسار كوكب المريخ حول الشمس عن المسار الذي ترسمه نظرية نيوتن للجاذبية دون استخدام عوامل اعتباطية. بالمثل، أيد استطلاع قدمه عالم فيزياء فلكي إسمه إدنجتون في عام 1919 تنبؤا للنظرية النسبية العامة عن انعطاف ضوء أحد النجوم من قبل الشمس أثناء كسوف الشمس في تاريخ 29 مايو 1919، وبهذا أصبح آينشتاين مشهورا. إلا أن النظرية العامة للنسبية لم تدخل ضمن الفيزياء النظرية والفلكية إلا بعد التطويرات بين عامي 1960 و1975، والذي يعرف الآن بالعصر الذهبي للنسبية العامة. أصبح الفيزيائيون قادرين على استيعاب المفاهيم الخاصة بالثقوب السوداء، والتعرف على النجوم الزائفة باعتبارها أحد مظاهر الكائنات الفيزيائية الفلكية. أكدت اختبارات النظام الشمسي أكثر من أي وقت مضى عن دقة تنبؤات النظرية، وأصبح أيضا علم الكونيات النسبية قابلا لاختبارات الرصد المباشر.
ونظرا لشمولية السقوط الحر، فلا يوجد اختلاف ملاحظ بين الحركة القصورية (تحت تأثير القصور الذاتي) والحركة تحت تأثير قوى الجاذبية، وهذا يشير إلى تعريف فئة جديدة من الحركة القصورية، تفسر حركة الأجسام في السقوط الحر تحت تأثير الجاذبية. هذه الفئة الجديدة من الحركة، تحدد أيضا هندسة الزمان والمكان في مصطلحات رياضية، إنها الحركة الجيوديزية متصلة اتصالا معينا يعتمد على تدرج طاقة وضع الجاذبية. الفضاء في هذه الحالة، لا يزال يمتلك الهندسة الإقليدية العادية. ولكن، الزمكان ككل هو حالة أكثر تعقيدا بكثير. كما يظهر من خلال التجارب البسيطة لمسارات السقوط الحر من اختبارات سقوط جسيمات مختلفة، فإن نتيجة استخدام متجهات الزمكان التي تعطي أن سرعة الجسيم سوف تختلف مع اختلاف مسار الجسيم: بصورة رياضية، فإن العلاقة النيوتونية غير قابلة للتكامل، ومن هذا، يمكن الاستنتاج أن الزمكان ينحني. والنتيجة هي صياغة هندسية من الجاذبية النيوتونية باستخدام قيم ثابتة. وهو وصف صالح في أي نظام للإحداثيات. في هذا الوصف الهندسي، فإن التسارع النسبي للأجسام عند السقوط الحر يرتبط بمشتقة العلاقة، ويبين كيف أن التغير في الهندسة ناجم عن وجود كتلة.
يمكن فهم النسبية العامة من خلال معرفة التشابه والاختلاف بينها وبين الفيزياء الكلاسيكية. الخطوة الأولى نحو ذلك هي إدراك أن الميكانيكا الكلاسيكية وقانون نيوتن للجاذبية هي ضمن وصف هندسي، والجمع بين هذا الوصف مع قوانين النسبية الخاصة ستساعد على اشتقاق النسبية العامة.
حسب قواعد الميكانيكا الكلاسيكية فإن حركة الجسم يمكن وصفها على أنها مجموعة من الحركات الحرة (أو حركة عطالية)، والانحرافات عن هذه الحركة الحرة. فعلى سبيل المثال القوى الخارجية المطبقة على جسم متحرك وفق قانون نيوتن الثاني والذي ينص على أن مجموع القوى المطبقة على جسم تساوي حاصل ضرب كتلة الجسم بتسارعه. ترتبط الحركة القصورية بهندسة الزمان والمكان: ففي الإطار المرجعي التقليدي للميكانيكا الكلاسيكية فإن الجسم ذو الحركة الحرة يتحرك على طول خط مستقيم وفق سرعة ثابتة. أما وفق المصطلح الحديث فإن المسار هو مسار جيوديزي فهو خطوط مستقيمة ضمن فضاء منحني.
وعلى العكس، فإن أحدا يمكن أن يعتبر أنه عند دراسة الحركة الحرة من خلال مراقبة الحركات الفعلية للأجسام، وعند الإقرار بالقوى الخارجية مثل (الكهرومغناطيسية أو الاحتكاك)، يمكن تحديد هندسة الفضاء، إضافة إلى تنسيق الوقت. لكن مع ذلك سيوجد بعض الالتباس عندما تدرس الجاذبية. وفقا لقانون الجذب العام لنيوتن، وعند التحقق من التجارب مثل تجربة (إيتفوس)، سيتبين وجود شمولية للسقوط الحر، (أو ما يعرف بمبدأ التكافؤ: المسار الذي يأخذه جسم تحت الاختبار عند السقوط الحر يعتمد فقط على موقعه وسرعته الابتدائية، دون الاعتماد على أي من خصائصه المادية. ويجسد هذه الحالة مثال المصعد الذي اقترحه آينشتاين: بالنسبة لمراقب يوجد في غرفة مغلقة صغيرة، فإنه من المستحيل أن يحكم هذا المراقب عن طريق تعيين مسار جسم مثل كرة ساقطة، ما إذا كانت الغرفة موجودة في مجال الجاذبية، أو أنها في الفضاء على متن صاروخ متسارع يعطي قوة مساوية لقوة الجاذبية.
ونظرا لشمولية السقوط الحر، فلا يوجد اختلاف ملاحظ بين الحركة القصورية (تحت تأثير القصور الذاتي) والحركة تحت تأثير قوى الجاذبية، وهذا يشير إلى تعريف فئة جديدة من الحركة القصورية، تفسر حركة الأجسام في السقوط الحر تحت تأثير الجاذبية. هذه الفئة الجديدة من الحركة، تحدد أيضا هندسة الزمان والمكان في مصطلحات رياضية، إنها الحركة الجيوديزية متصلة اتصالا معينا يعتمد على تدرج طاقة وضع الجاذبية. الفضاء في هذه الحالة، لا يزال يمتلك الهندسة الإقليدية العادية. ولكن، الزمكان ككل هو حالة أكثر تعقيدا بكثير. كما يظهر من خلال التجارب البسيطة لمسارات السقوط الحر من اختبارات سقوط جسيمات مختلفة، فإن نتيجة استخدام متجهات الزمكان التي تعطي أن سرعة الجسيم سوف تختلف مع اختلاف مسار الجسيم: بصورة رياضية، فإن العلاقة النيوتونية غير قابلة للتكامل، ومن هذا، يمكن الاستنتاج أن الزمكان ينحني. والنتيجة هي صياغة هندسية من الجاذبية النيوتونية باستخدام قيم ثابتة. وهو وصف صالح في أي نظام للإحداثيات. في هذا الوصف الهندسي، فإن التسارع النسبي للأجسام عند السقوط الحر يرتبط بمشتقة العلاقة، ويبين كيف أن التغير في الهندسة ناجم عن وجود كتلة.
هندسة الجاذبية النيوتونية مثيرة للإهتمام ومن الممكن ان يكون اساسها الميكانيكا الكلاسيكية وهي مجرد حالة محدودة "وهي نظرية في فلسفة العلوم تعني ان هناك نظرية قديمة تضاف الى نظرية جديدة في وقت لاحق وتكون حالة محدودة أو خاصة منها " من ميكانيكا النسبية الخاصة. وفي لغة التناظر عندما تكون الجاذبية مهملة تصبح الفيزياء في حالة تسمى تناظر لورنتز أو إطالر لورنتز المرجعي في النسبية الخاصة أما الحالة التي تسمى نسبية جاليلي أو إطار مرجعي غاليلي تكون في الميكانيكا الكلاسيكية ( تعريف تناظر النسبية الخاصة هو زمرة بوانكاريه التي تحتوي على تحويلات ودورات )
والإختلافا بين الإثنين يظهر عند التعرض لسرعات عالية تقترب من سرعة الضوء وعند الوصول إلى ظاهرة الطاقات العالية
حسب تناظر لورنتز تدخل الهياكل المضافة في عمليات متكررة ويصنفون حسب مجموعة المخاريط الضوئية انظر إلى الشكل والمخاريط الضوئية تعرف على أنها هياكل مسببة للأحداث A وهناك مجموعة أحداث التي تكون في القاعدة إما ان يأثر أو يتأثر عن طريق إشارات أو تفاعلات لا تحتاج إلى السفر أسرع للضوء (مثل الحدث B في الصورة ) وهناك مجموعة لا يمكن ان تأثر مثل الحدث C وهي تعتبر مثل الفاحص المستقل 
عند الاقتران بخطوط عالم الاجسام ذات السقوط الحر يمكن ان تستخدم المخاريط الضوئية لإعادة بناء المقياس النصف ريماني هندسة ريمانية للزمكان ويحول إلى معامل عددي موجب وهذا في الرياضيات يعبر عنه بالهندسة الإمتثالية
بعد ما صيغت نظرية هندسية تعتمد في مبادئها على النسبية لوصف آثار الجاذبية، يبقى السؤال مطروحاً حول مصدر الجاذبية. فالكتلة هي مصدر الجاذبية وفقاً للجاذبية النيوتونية. أما في النسبية الخاصة فيتضح بأن الكتلة تمثل بحد ذاتها جزءاً من مقدار يمكن تعميمه لما يدعى موتر طاقة-زخم، والذي يشتمل على كثافات كلاً من الطاقة والزخم بالإضافة إلى الإجهاد (وهو الضغط والقص). ويمكن تعميم هذا الموتر باستخدام مبدأ التكافؤ ليصبح زمكاناً منحنياً.
تكتب معادلات حقل أينشتاين بالشكل المبسط:
على الجانب الأيسر من المعادلة تمثل formula_1 موتر أينشتاين وهو تناظري. ويتألف من المترية الخاصة وموتر ريتشي formula_2. وبالتحديد يكون:
وهو سلم الإنحناء. يرتبط تنسور ريتشي بتنسور أكثر تعميماً وهو تنسور إنحناء رايمان الذي يكتب:
أما على الجانب الأيمن من المعادلة يمثل "formula_5" موتر طاقة-زخم. تمت كتابة جميع صيغ الموتر وفقا لترميز فهرسي مختصر، أمكن تعيين ثابت التناسب عند القيمة 
formula_6 حيث تمثل formula_7 ثابت الجاذبية وتمثل formula_8 سرعة الضوء. يزول موتر طاقة-زخم في حال عدم وجود مادة وينتج عن ذلك معادلات خلاء أينشتاين:
النسبية العامة لها عدد من النتائج الفيزيائية التي تنبع مباشرة من النظريات البديهية و أخرى وضحت فقط بعد سنين عديدة من البحوث التي تلت اعلان اينشتاين عن النسبية العامة.
على افتراض أن مبدأ التكافؤ يحمل أن الجاذبية تأثر في مرور الزمن. الضوء يذهب إلى الاسفل نحو حائط الجاذبية (وهو نموذج تصوري لمجال الجاذبية المحيطة الجسم في الفضاء) ذو انزياح نحو الأزرق في حين أن الضوء المتبعد في الاتجاه الاخر ذو انزياح أحمر (أي يصعد للخروج من حائط الجاذبية ) وهذان التغيران يعرفان بتغيرات الترددات الجذبية. عموما عندما يقترب من الجسم الهائل يجري بسرعة أبطأ وعندما يبتعد عنه يجري بسرعة أعلى هذا التغير يعرف إبطاء زمني ثقالي.
الانزياح الاحمر الجذبي تم قياسها في المختبر وباستخدام المراصد الفلكية وتباطأ الزمن الثقالي في مجال جاذبيةالارض قد تم قياسه عدة مرات بإستخدام الساعة ذرية في حين الاستمرار في التحقق من صحته قدم على انه تأثير جانبي بسبب نظام التموضع العالمي التجارب في مجال جاذبية قوية قدمت على أنها رصد عن طريق نباض ثنائي وكل النتائج تتفق مع النظرية النسبية العامة وعلى كل حال مع المستوى الحالي من الدقة هذه الراصدات لا تستطيع ان تفرق بين النسبية العامة أو اي نظرية أخرى تعتمد على مبدأ التكافؤ.
نميز في الفيزياء بين مراجع عطالية (جمل مرجعية عطالية) ومراجع غير عطالية، حيث يمكن لأي جسم أن يحافظ على حركته المنتظمة في الجمل العطالية ما لم يخضع لقوة ما أو يتأثر بجسم آخر ضمن نفس الجملة، في حين تكتسب الأجسام في الجمل غير العطالية تسارعا ناجما عن حركة الجملة نفسها وتسارعها وليس نتيجة تأثير جسم داخلي ضمن الجملة. تتم تفسير مقاومة هذا التسارع بقوى افتراضية ندعوها قوى العطالة في حالة الحركة المستقيمة للجمل المرجعية أو قوى العطالة النابذة في حالة الحركة الدورانية للجمل المرجعية. هذه القوى تعتبر قوى افتراضية غير فيزيائية في الميكانيكا الكلاسيكية النيوتني لكن في النسبية العامة ليس هناك مجالا لمثل هذا التمييز حسب مبدأ التكافؤ (اقرأ تجربة المصعدين الفكرية في صفحة مبدأ التكافؤ).
وليس هناك من قوة ثقالية ضمن الإطار المرجعي في حالة السقوط الحر (الحركة المتسارعة) عدا القوى المدية للثقالة التي تشوه الأجسام دون التأثير على حركتها وسرعتها (دون تسارع). وحتى محاولات الكشف عن الأموج الثقالية تعتمد على هذه القوى المدية.
وقد استند أينشتاين في الواقع على حقيقة معروفة منذ غاليليو ألا وهي تماثل الكتلتين الثقالية والعطالية للأجسام، مما يؤكد أن التسارع الحركي والثقالة هي مظاهر لأمر واحد. ويفترض أنه لا وجود لأي تجربة يمكن أن تميز بين حقل ثقالي-جاذبية-و تسارع منتظم. وسرعان ما وسع أينشتاين مبدأ التكافؤ في نظريته ليشمل مفهوما إضافيا هو استحالة تحديد حالة الحركة لجملة مرجعية غير متسارعة عن طريق أي قياس فيزيائي. وعلى هذا فلا يمكن إيجاد أي تغير في الثوابت الفيزيائية الأساسية مثل كتلة الراحة أو الشحن الكهربائية للجسيمات الأولية، وإلا فان أي تغير في هذه الثوابت يطعن في صحة النسبية العامة.
يذكر أن النظرية النسبية هي أحد أهم النظريات في العلم الحديث.
منذ بداية اهتمام الإنسان بدراسة هندسة الكون كان التصور القائم في الهندسة منصباً على قواعد الفضاء الإقليدي فيما يعرف بالهندسة الإقليدية بالرغم من قيام عدد من علماء الرياضيات بصياغة قواعد جديدة لوصف هندسة لاإقليدية مثل لوباتشيفسكي وريمان وغاوس وغيرهم. لكن استمر تصور الفيزيائيين للفضاء إقليديا لتوافقه مع معظم النظريات الفيزيائية لميكانيكا نيوتن حتى بعد صياغة أينشتاين للنسبية الخاصة بقي ذلك التصور قائماً، لكن عندما قام اينشتاين بوضع أساسيات النسبية العامة اكتشف أن وجود الكتلة ضمن الزمكان المسطح يجعل الزمكان منحنياً Curvature وبالتالي تعاملت معادلات النسبية العامة مع فضاء كوني لاإقليدي، وقد أكدت الكثير من التجارب هذه الحقيقة.
يعتبر التنبؤ بالأمواج الثقالية إحدى أهم النتائج والبراهين على النسبية العامة. ولتبسيط الموضوع يمكننا تشبيه القوة الثقالية بالقوة الكهربائية: حيث تقابل الكتلة في الثقالة الشحنة في القوة الكهربائية. وأي اضطراب في هذه الشحنات يحدث في الجوار أمواجا كهرمغناطيسية تنتشر بسرعة تساوي سرعة الضوء، بشكل مماثل يحدث اضطراب الأجسام ذات الكتل الضخمة نشوء أمواج تنتشر في حقل الثقالة المحيط بها، لكن أمواج الثقالة خلافا للأمواج الكهرمغناطيسية هي اضطراب يطرأ على الفضاء نفسه (نتذكر أن الثقالة في النسبية هي تعبير عن تشوه الزمكان نفسه) وهكذا تبدو أمواج الثقالة كاضطراب زمكاني ينتشر بعيدا عن موقع الاضطراب (انظر نباض مزدوج 1913+16).
باعتبار أن الفيزياء الحديثة قائمة على ركيزتين اثنين، فإن النسبية العامة ستكون أولهما، ونظرية الكم والتي تشكل أساس فهم المادة من الجسيمات الأولية إلى فيزياء الجوامد ستكون الركيزة الثانية. ومع ذلك، فإن كيفية توفيق نظرية الكم مع النسبية العامة لا يزال سؤالاً مفتوحاً.
تعد نظرية الحقل الكمومي من أساسيات فيزياء الجسيمات توضح في فضاء مينكوفسكي المسطح وهو تقريب ممتاز عندما توضح سلوك الجزيئات متناهيئة الصغر في مجال ذو جاذبية ضعيفة مثل الموجود على كوكب الأرض 
إذا أردت ان تعرف الحالات التي تكون فيها قوة الجاذبية شديدة القوة لكي تأثر في مادة كمية أو ليست بالقوة التي تحفظ التكميم. الفيزيائيون قد صاغو نظريات الحقل الكمومي في الزمكان المنحني هذه النظريات اعتمدت في النسبية العامة لتصف زمكان ذو خلفية منحنية ولتضع نظرية حقل كمومي معممة تصف سلوك المادة الكمية في ذلك الزمكان .
بإستخدام هذه الشكلية يمكن أن تظهر اشعاعات [[الثقوب السوداء]] بطيف أسود يكون من جسيمات تدعى [[إشعاع هوكينغ]]، يؤدي إلى إمكانية تلاشيه عبر الزمن (ملحوظة: مدة العمر محسوبة بالسنين ويدخل فيها العدد البالغ 10 سنة وهو عدد خيالي تماما إذ أن عمر الكون حتى الآن لا يتعدى 10 ..
وهذه الإشعاعات تلعب دورا مهما في الديناميكا الحرارية للثقب الأسود.
[[تصنيف:النسبية العامة]]
[[تصنيف:ألبرت أينشتاين]]
[[تصنيف:العلم في 1915]]
[[تصنيف:مفاهيم فيزيائية]]
[[تصنيف:نظريات فيزيائية]]