ويكيبيديا

النسبية العامة: الفرق بين النسختين

تصفح التاريخ تفاعلياً
[نسخة منشورة][نسخة منشورة]
→ التعديل السابقالتعديل اللاحق ←
تم حذف المحتوى تمت إضافة المحتوى
مرئينص الويكي
لا ملخص تعديل
لا ملخص تعديل
سطر 105:
{{مفصلة|مشكلة الجسمين في النسبية العامة|عدسة الجاذبية}}
[[ملف:Light deflection-ar.png|تصغير|يمين|upright|انحراف الضوء (اُرسِل من الموقع الظاهر باللون الأزرق) أثناء مروره بالقرب من جسم مضغوط (يظهر بالرمادي).]]
تتنبأ النسبية العامة بأن مسار ال[[ضوء]] سيتبع انحناء ال[[زمكان]] أثناء مروره بالقرب من [[نجم]]. تم تأكيد هذا التأثير بشكل مبدئي من خلال رصد أضواء النجوم أو [[نجم زائف|الكويزرات]] البعيدة التي تنحرف أثناء مرورها بالقرب من [[الشمس]].<ref>{{Refn|group=ملاحظة|name=انحناء الزمكان|Cf. {{Harvnb|Kennefick|2005}} للاطلاع على القياسات المبكرة الكلاسيكية التي قامت بها بعثات أرثر إدنجتون. للاطلاع على نظرة عامة لمزيد من القياسات الحديثة، انظر {{Harvnb|Ohanian|Ruffini|1994|loc=ch. 4.3}}. للاطلاع على أدق عمليات الرصد الحديثة المباشرة باستخدام الكويزرات، cf. {{Harvnb|Shapiro|Davis|Lebach|Gregory|2004}}</ref>}}
 
هذا والتنبؤات ذات الصلة التي تأتي من حقيقة أن الضوء يتبع ما يسمى شبيه الضوء أو تعميم [[الجيوديسيات في النسبية العامة|الجيوديسية العدمية]] للخطوط المستقيمة التي يسافر الضوء عبرها بثبات في الفيزياء الكلاسيكية. هذه الجيوديسية هي تعميم [[لامتغير]] سرعة الضوء في النسبية الخاصة.<ref>{{Refn|group=ملاحظة|name=لا متغير|هذه ليست بديهية مستقلة؛ إذ يمكن اشتقاقها من معادلات أينشتاين و[[لاغرانجيان|لاجرانجيان]] ماكسويل باستخدام [[تقريب دبليو كيه بي|تقريب WKB]]، cf. {{Harvnb|Ehlers|1973|loc=sec. 5}}</ref>}} عندما يتم فحص نماذج الزمكان المناسبة (إما حل شڤاتسشيلت الخارجي، أو لأجل أكثر من كتلة واحدة؛ توسع ما بعد نيوتن)،<ref>{{Refn|group=ملاحظة|name=نماذج الزمكان|{{Harvnb|Blanchet|2006|loc=sec. 1.3}}</ref>}} العديد من تأثيرات الجاذبية تَظهر على انتشار الضوء. على الرغم من أن انحناء الضوء يمكن استخراجه أيضًا من خلال توسيع شمولية السقوط الحر للضوء،<ref>{{Refn|group=ملاحظة|name=توسيع شمولية|{{Harvnb|Rindler|2001|loc=sec. 1.16}}; من أجل أمثلة تاريخية، {{Harvnb|Israel|1987|pp=202–204}}; وفي الواقع، نشر أينشتاين أحد هذه الاشتقاقات كـ {{Harvnb|Einstein|1907}}. تفترض هذه الحسابات ضمنيًا أن هندسة المكان هي [[فضاء إقليدي|إقليدية]], cf. {{Harvnb|Ehlers|Rindler|1997}}</ref>}} فإن زاوية الانحراف الناتجة عن مثل هذه الحسابات هي فقط نصف القيمة المعطاة من قِبل النسبية العامة.<ref>{{Refn|group=ملاحظة|name=نصف القيمة|من نقطة استشراف نظرية أينشتاين، تأخذ هذه الاشتقاقات في الاعتبار تأثير الجاذبية على الزمن، ولكن ليس آثارها على اعوجاج المكان، cf. {{Harvnb|Rindler|2001|loc=sec. 11.11}}</ref>}}
 
تأخير الزمن الثقالي يرتبط بشكل وثيق بانحراف الضوء (أو تأخير شاپيرو)، وهي الظاهرة التي تأخذ فيها الإشارات الضوئية لتنتقل عبر الحقل الجذبوي وقتًا أطول مما كانت ستأخذه في غياب هذا الحقل. وكانت هناك العديد من الاختبارات الناجحة لهذا التنبؤ.<ref>{{Refn|group=ملاحظة|name=تأخير|من أجل حقل الجاذبية للشمس باستخدام إشارات الرادار المنعكسة من الكواكب مثل [[الزهرة]] وعطارد، cf. {{Harvnb|Shapiro|1964}}, {{Harvnb|Weinberg|1972|loc=ch. 8, sec. 7}}; للإشارات المرسَلة بنشاط من قِبل المسابر الفضائية (قياسات [[transponder|الترانسپوندر]]), cf. {{Harvnb|Bertotti|Iess|Tortora|2003}}; للاطلاع على نظرة عامة، انظر {{Harvnb|Ohanian|Ruffini|1994|loc=table 4.4 on p. 200}}; لمزيد من القياسات الحديثة باستخدام الإشارات المستقبَلة من [[نباض]] يعد جزءًا من نظام ثنائي، حقل الجاذبية الذي يتسبب في تأخير الزمن هو يرجع إلى النباض الآخر، cf. {{Harvnb|Stairs|2003|loc=sec. 4.4}}</ref>}} وفي وسائط شكليات ما بعد نيوتن، تُحدِّد قياسات انحراف الضوء وتأخير الزمن الثقالي وسيطًا يسمى γ، الذي يشفر تأثير الجاذبية على هندسة المكان.<ref>{{Refn|group=ملاحظة|name=يشفر|{{Harvnb|Will|1993|loc=sec. 7.1 and 7.2}}</ref>}}
{{تحديد}}
 
سطر 117:
تنبأ ألبرت أينشتاين سنة 1916<ref>{{cite journal|author=Einstein, A |title=Näherungsweise Integration der Feldgleichungen der Gravitation |date= June 1916 |url=http://einstein-annalen.mpiwg-berlin.mpg.de/related_texts/sitzungsberichte |journal=[[Prussian Academy of Sciences|Sitzungsberichte der Königlich Preussischen Akademie der Wissenschaften Berlin]] |volume=part 1|pages=688–696|bibcode=1916SPAW.......688E }}</ref><ref>{{cite journal|author=Einstein, A |title=Über Gravitationswellen |date=1918 |url=http://einstein-annalen.mpiwg-berlin.mpg.de/related_texts/sitzungsberichte |journal=Sitzungsberichte der Königlich Preussischen Akademie der Wissenschaften Berlin|volume=part 1|pages=154–167|bibcode=1918SPAW.......154E }}</ref> بأن هناك موجات ثقالية: تموجات في مترية الزمكان والتي تنتشر بسرعة الضوء. هذه واحدة من أوجه تشابه عديدة بين جاذبية الحقل الضعيفة والكهرومغناطيسية في ذلك، فهي مماثلة [[موجة كهرومغناطيسية|للموجات الكهرومغناطيسية]]. وفي 11 فبراير 2016، أعلن فريق [[ليغو (مرصد)|ليجو]] أنهم [[أول رصد للموجات الثقالية|اكتشفوا موجات ثقالية بشكل مباشر]] من خلال [[تصادم النجوم|اندماج]] ثقبين أسودين.<ref name="Discovery 2016">{{cite journal |title=Einstein's gravitational waves found at last |journal=Nature News| url=http://www.nature.com/news/einstein-s-gravitational-waves-found-at-last-1.19361 |date=February 11, 2016 |last=Castelvecchi |first=Davide |last2=Witze |first2=Witze |doi=10.1038/nature.2016.19361 |accessdate=2016-02-11 }}</ref><ref name="Abbot">{{cite journal |title=Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger| author1=B. P. Abbott |collaboration=LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration| journal=Physical Review Letters| year=2016| volume=116|issue=6| doi=10.1103/PhysRevLett.116.061102| pmid=26918975| pages=061102|arxiv = 1602.03837 |bibcode = 2016PhRvL.116f1102A }}</ref><ref name="NSF">{{cite web|title = Gravitational waves detected 100 years after Einstein's prediction {{!}} NSF - National Science Foundation|url = https://www.nsf.gov/news/news_summ.jsp?cntn_id=137628|website = www.nsf.gov|access-date = 2016-02-11}}</ref>
 
يمكن تصور أبسط نوع من هذه الموجة من خلال حركتها على حلقة من الجسيمات الطافية بحُرية. موجة جيبية تنتشر عبر هذه الحلقة باتجاه القارئ تشوه الخاتم بطريقة مميَّزة وإيقاعية (الصورة المتحركة إلى اليسار).<ref>{{Refn|group=ملاحظة|name=موجة جيبية|تحتوي معظم الكتب الدراسية المتقدمة عن النسبية العامة على وصف لهذه الخصائص، على سبيل المثال {{Harvnb|Schutz|1985|loc=ch. 9}}</ref>}} ونظرًا لأن معادلات أينشتاين [[نظام لاخطي|غير خطية]]، فإن الموجات الثقالية القوية بشكل اعتباطي لا تطيع [[تراكب كمي|التراكب الخطي]]، مما يجعل من الصعب وصفها. ورغم ذلك، بالنسبة للحقول الضعيفة، فيمكن القيام بتقريب خطي. هذه الموجات الخطية دقيقة بشكل كافي لوصف الموجات شديدة الضُعف التي من المتوقع أن تصل هنا على الأرض من قِبل الأحداث الكونية البعيدة، والتي تؤدي عادةً إلى مسافات نسبية تزداد وتتناقص بمقدار <math>10^{-21}</math> أو أقل. أساليب تحليل البيانات تفيد بشكل روتيني حقيقة أن هذه الموجات الخطية يمكن أن تكون [[متسلسلة فورييه|فورييه متجزئة]].<ref>{{Refn|group=ملاحظة|name=فورييه|على سبيل المثال {{Harvnb|Jaranowski|Królak|2005}}</ref>}}
 
وتصف بعض الحلول الدقيقة الموجات الثقالية دون أي تقريب، مثلًا، قطار موجي يسافر عبر الفضاء الخالي<ref>{{Refn|group=ملاحظة|name=بعض الحلول|{{Harvnb|Rindler|2001|loc=ch. 13}}</ref>}} أو أكوان جوودي، هي أنواع من الكون المتوسع المملوء بالموجات الثقالية.<ref>{{Refn|group=ملاحظة|name=أنواع|{{Harvnb|Gowdy|1971}}, {{Harvnb|Gowdy|1974}}</ref>}} ولكن بالنسبة للموجات الثقالية التي تنتج في المواقف المتعلقة بالفيزياء الفلكية، مثل اندماج ثقبين أسودين، فالأساليب العددية هي الطريقة الوحيدة في الوقت الحالي لبناء النماذج المناسبة.<ref>{{Refn|group=ملاحظة|name=بناء النماذج|انظر {{Harvnb|Lehner|2002}} للاطلاع على مقدمة مختصرة عن أساليب النسبية العددية، و{{Harvnb|Seidel|1998}} للعلاقة مع علم فلك الموجات الثقالية</ref>}}
 
=== التأثيرات المدارية ونسبية الاتجاه ===
سطر 127:
==== مبادرة القبات ====
[[ملف:Relativistic precession.svg|تصغير|المدار النيوتني (الأحمر) مقابل الأينشتايني (الأزرق) لكوكب وحيد يدور حول نجم.]]
في النسبية العامة، [[قبا|القبات]] في أي مدار (نقطة الاقتراب من الجسم المداري الأقرب إلى [[مركز الكتلة|مركز كتلة]] النظام) سوف [[مبادرة القبا|تبادر]]؛ المدار ليس [[قطع ناقص|قطعًا ناقصًا]]، لكنه يشبه القطع الناقص الذي يدور حول بؤرة تركيزه، ناتجًا شكلًا يشبه [[وردة (رياضيات)|منحنى الوردة]] (انظر الصورة). استنتج أينشتاين هذه النتيجة أولًا باستخدام مترية تقريبية تمثل الحد النيوتني ومعاملة الجسم المداري [[شحنة اختبار|كجسيم اختبار]]. فبالنسبة له، حقيقة أن نظريته أعطت تفسيرًا واضحًا لتحوُّل الحضيض الشاذ ل[[عطارد]]، الذي اكتشفه [[أوربان لوفيرييه|أوربان لوڤيرييه]] في وقت سابق سنة 1859، كانت دليلًا مهمًا على أنه حدد أخيرًا الشكل الصحيح لمعادلات حقل الجاذبية.<ref>{{Refn|group=ملاحظة|name=لوفيرييه|{{Harvnb|Schutz|2003|pp=48–49}}, {{Harvnb|Pais|1982|pp=253–254}}</ref>}}
 
يمكن أيضًا اشتقاق التأثير من خلال استخدام مترية شڤاتسشيلت الدقيقة (تصف الزمكان حول كتلة كروية)<ref>{{Refn|group=ملاحظة|name=اشتقاق التأثير|{{Harvnb|Rindler|2001|loc=sec. 11.9}}</ref>}} أو شكليات ما بعد نيوتن الأكثر عمومية.<ref>{{Refn|group=ملاحظة|name=الأكثر عمومية|{{Harvnb|Will|1993|pp=177–181}}</ref>}} يرجع ذلك إلى تأثير الجاذبية على هندسة المكان وإلى مساهمة [[طاقة ذاتية|الطاقة الذاتية]] في جاذبية الجسم (المشفرة في اللاخطية لمعادلات أينشتاين).<ref>{{Refn|group=ملاحظة|name=الطاقة الذاتية|نتيجة لذلك، في وسائط شكليات ما بعد نيوتن، تحدد قياسات هذا التأثير مجموعة خطية من المصطلحين β وγ, cf. {{Harvnb|Will|2006|loc=sec. 3.5}} و{{Harvnb|Will|1993|loc=sec. 7.3}}</ref>}} وقد تم رصد المبادرة النسبوية لجميع الكواكب التي تسمح بإجراء قياسات دقيقة للمبادرة (عطارد و[[الزهرة]] و[[الأرض]])،<ref>{{Refn|group=ملاحظة|name=عطارد والزهرة|القياسات الأكثر دقة هي قياسات [[قياس تداخل مديد القاعدة|VLBI]] لمواقع الكواكب، انظر {{Harvnb|Will|1993|loc=ch. 5}}, {{Harvnb|Will|2006|loc=sec. 3.5}}, {{Harvnb|Anderson|Campbell|Jurgens|Lau|1992}}; وللاطلاع على نظرة عامة {{Harvnb|Ohanian|Ruffini|1994|pp=406–407}}</ref>}} وكذلك في أنظمة [[نباض ثنائي|النباضات الثنائية]]، حيث تكون أكبر بخمسة [[قيمة أسية|قيم أسية]].<ref>{{Refn|group=ملاحظة|name=قيم أسية|{{Harvnb|Kramer|Stairs|Manchester|McLaughlin|2006}}</ref>}}
 
في النسبية العامة، تحوُّل الحضيض σ، المُعبَّر عنه بال[[راديان]] لكل دورة، يُعطى تقريبًا بواسطة:<ref>{{cite book |title=Theory and Practice of Natural Computing: Fourth International Conference, TPNC 2015, Mieres, Spain, December 15–16, 2015. Proceedings |edition=illustrated |first1=Adrian-Horia |last1=Dediu |first2=Luis |last2=Magdalena |first3=Carlos |last3=Martín-Vide |publisher=Springer |year=2015 |isbn=978-3-319-26841-5 |page=141 |url=https://books.google.com/books?id=XmwiCwAAQBAJ}} [https://books.google.com/books?id=XmwiCwAAQBAJ&pg=PA141 Extract of page 141]</ref>
سطر 143:
==== التدهور المداري ====
[[ملف:Psr1913+16-weisberg-ar.png|تصغير|التدهور المداري لـ [[PSR B1913+16]]: تحوُّل الزمن في الثواني، تم التعقب لأكثر من ثلاث عقود.<ref>A figure that includes error bars is fig. 7 in {{Harvnb|Will|2006|loc=sec. 5.1}}</ref>]]
بحسب النسبية العامة، [[نظام ثنائي (علم الفلك)|النظام الثنائي]] سيبعث موجات ثقالية، وبالتالي يفقد الطاقة، بسبب هذه الخسارة تنخفض المسافة بين الجسمين الدائرين، وكذلك تنخفض الفترة المدارية. وفي داخل [[النظام الشمسي]] أو [[نجم ثنائي|النجوم الثنائية]] العادية، يكون التأثير صغيرًا للغاية بحيث لا يمكن رصده. ولكن ليس هذا هو الحال بالنسبة لنباض ثنائي قريب، وهو نظام [[نجم نيوتروني|لنجمين نيوترونيين]] يدوران، أحدهما نجم نابض: من النجوم النابضة، يتلقى المراقبون على الأرض سلسلة منتظمة من النبضات الراديوية التي يمكن أن تكون بمثابة ساعة دقيقة للغاية، والتي تتيح إجراء قياسات دقيقة للفترة المدارية. ونظرًا لأن النجوم النيوترونية مضغوطة جدًا، فتنبعث منها كميات كبيرة من الطاقة في صورة إشعاع ثقالي.<ref>{{Refn|group=ملاحظة|name=إشعاع ثقالي|{{Harvnb|Stairs|2003}}, {{Harvnb|Schutz|2003|pp=317–321}}, {{Harvnb|Bartusiak|2000|pp=70–86}}</ref>}}
 
أول رصد لانخفاض الفترة المدارية بسبب انبعاث الموجات الثقالية قام به [[راسل هالس|هالس]] و[[جوزيف هوتون تايلور|تايلور]]، من خلال النجم الثنائي [[PSR B1913+16]] الذي اكتشفاه سنة 1974. كان هذا أول كشف للموجات الثقالية وإن كان غير مباشر، واللذان حصلا بسببه على [[جائزة نوبل في الفيزياء]] سنة 1993.<ref>{{Refn|group=ملاحظة|name=نوبل|{{Harvnb|Weisberg|Taylor|2003}}; من أجل اكتشاف النباض، انظر {{Harvnb|Hulse|Taylor|1975}}; ومن أجل الدليل الأولي للإشعاع الثقالي، انظر {{Harvnb|Taylor|1994}}</ref>}} ومنذ ذلك الحين، تم اكتشاف العديد من النجوم النابضة الثنائية، وخاصةً النباض المزدوج [[PSR J0737-3039]] حيث كلا النجمين نابضين.<ref>{{Refn|group=ملاحظة|name=النباض المزدوج|{{Harvnb|Kramer|2004}}</ref>}}
 
==== المبادرة الجيوديسية وتباطؤ الإطار المرجعي ====
{{مفصلة|تأثير جيوديسي|تباطؤ الإطار المرجعي}}
ترتبط العديد من الآثار النسبية ارتباطًا مباشرًا بنسبية الاتجاه.<ref>{{Refn|group=ملاحظة|name=نسبية الاتجاه|{{Harvnb|Penrose|2004|loc=§14.5}}, {{Harvnb|Misner|Thorne|Wheeler|1973|loc=§11.4}}</ref>}} إحداها هي التأثير الجيوديسي: اتجاه محور ال[[مدوار]] في السقوط الحر في الزمكان المنحني سوف يتغير عندما تتم مقارنته، على سبيل المثال، مع اتجاه الضوء المستقبَل من النجوم البعيدة، على الرغم من أن هذا المدوار يمثل طريقة للحفاظ على اتجاه مستقر بقدر الإمكان ("[[نقل موازي|النقل الموازي]]").<ref>{{Refn|group=ملاحظة|name=النقل الموازي|{{Harvnb|Weinberg|1972|loc=sec. 9.6}}, {{Harvnb|Ohanian|Ruffini|1994|loc=sec. 7.8}}</ref>}} بالنسبة لنظام القمر-الأرض، تم قياس هذا التأثير بمساعدة [[تجربة المجال الليزري القمري|المجال الليزري القمري]].<ref>{{Refn|group=ملاحظة|name=المجال الليزري|{{Harvnb|Bertotti|Ciufolini|Bender|1987}}, {{Harvnb|Nordtvedt|2003}}</ref>}}، تم القياس من أجل كتل الاختبار على متن القمر الصناعي [[مسبار الجاذبية B]] بدقة تفوق 0.3%.<ref>{{Refn|group=ملاحظة|name=تم القياس|{{Harvnb|Kahn|2007}}</ref><ref>}}{{Refn|group=ملاحظة|name=مسبار الجاذبية|يمكن الاطلاع على وصف المهمة في {{Harvnb|Everitt|Buchman|DeBra|Keiser|2001}}; تم تقديم أول تقييم لما بعد رحلة الطيران في {{Harvnb|Everitt|Parkinson|Kahn|2007}}; يمكن الاطلاع على مزيد من التحديثات على موقع المهمة {{Harvnb|Kahn|1996–2012}}.</ref>}}
 
وبالقرب من كتلة دوارة، توجد تأثيرات [[مغناطيسية الجاذبية|مغناطيسية جاذبية]] أو تباطؤ الإطار المرجعي. سوف يحدد مراقِب بعيد أن الأجسام القريبة من الكتلة "يتم جرّها". وهذا يكون أكثر تطرفًا بالنسبة [[مترية كير|لثقب أسود دوّار]]، حيث أن الدوران يكون حتميًا لأي جسم يدخل منطقة تُعرف باسم [[الإرغوسفير|الإرجوسفير]].<ref>{{Refn|group=ملاحظة|name=الإرجوسفير|{{Harvnb|Townsend|1997|loc=sec. 4.2.1}}, {{Harvnb|Ohanian|Ruffini|1994|pp=469–471}}</ref>}} هذه التأثيرات يمكن اختبارها مرة أخرى من خلال تأثيرها على اتجاه المدوار في السقوط الحر.<ref>{{Refn|group=ملاحظة|name=اتجاه المدوار|{{Harvnb|Ohanian|Ruffini|1994|loc=sec. 4.7}}, {{Harvnb|Weinberg|1972|loc=sec. 9.7}}; للاطلاع على عرض أحدث، انظر {{Harvnb|Schäfer|2004}}</ref>}} تم إجراء اختبارات مثيرة للجدل بعض الشيء باستخدام أقمار (LAGEOS) الصناعية، والتي أكدت التنبؤ النسبوي.<ref>{{Refn|group=ملاحظة|name=التنبؤ النسبوي|{{Harvnb|Ciufolini|Pavlis|2004}}, {{Harvnb|Ciufolini|Pavlis|Peron|2006}}, {{Harvnb|Iorio|2009}}</ref>}} كما تم أيضًا استخدام مسبار مسّاح المريخ العالمي {{إنج|Mars Global Surveyor}} حول المريخ.<ref>{{Citation| author=Iorio L.|title=COMMENTS, REPLIES AND NOTES: A note on the evidence of the gravitomagnetic field of Mars |date=August 2006| journal=Classical and Quantum Gravity|volume=23| issue=17| pages=5451–5454|doi=10.1088/0264-9381/23/17/N01|arxiv = gr-qc/0606092 |bibcode = 2006CQGra..23.5451I }}</ref><ref>{{Citation| author=Iorio L.|title=On the Lense–Thirring test with the Mars Global Surveyor in the gravitational field of Mars| journal=Central European Journal of Physics |date=June 2010| doi=10.2478/s11534-009-0117-6|volume= 8 |issue =3 |pages= 509–513|arxiv = gr-qc/0701146 |bibcode = 2010CEJPh...8..509I }}</ref>
 
== تطبيقات الفيزياء الفلكية ==
مجلوبة من «https://ar.wikipedia.org/wiki/النسبية_العامة»