نظریه نسبیت عام چیست؟

از ۱۰ سال پس از ارائه نظریه نسبیت خاص، آلبرت اینشتین این نظریه را تعمیم داد و نظریه نسبیت عام را مطرح کرد؛ نظریه‌ای که در کنار نظریه کوانتومی، یکی از دو ستون اصلی بنای فیزیک امروز محسوب می‌شود. یکی از مهم‌ترین نتایج نسبیت عام ارائه تبیین جدیدی از نیروی گرانش است.

در حالت معمول هنگامی که شما ضربه‌ای را به یک توپ فوتبال و یک وزنه فولادی وارد می‌کنید، توپ فوتبال با شتاب به مراتب بیشتری پرتاب می‌شود. مشابه این مساله نه تنها در مورد ضربه شما بلکه در مورد تمامی نیروهای شناخته شده جهان هم صادق است، به غیر از یک نیرو که آن نیروی اسرارآمیز گرانش است. احتمالا میدانید اگر یک پرو یک وزنه فولادی را در میدان گرانشی رها کنیم، هر دو با شتاب یکسانی سقوط می‌کنند و این مساله بسیار عجیب است. سؤال اینجاست که چرا گرانش باید ضربه خود به توپ فوتبال، وزنه فولادی، پرو تمامی چیزهای دیگر را به گونه‌ای تنظیم کند که همگی با شتاب یکسانی سقوط کنند؟ اینشتین هنگام تدوین نظریه نسبیت عام خود پاسخ شگفت‌انگیزی برای این معما پیدا کرد؛ شاید علت آن باشد که گرانش برخلاف سایر نیروهای شناخته شده جهان مستقیما از ذرات ماده ناشی نمی‌شود؛ بلکه ماحصل خود فضا-زمان است؛ فضا-زمانی که تمامی ذرات ماده در بستر آن قرار گرفته‌اند.

بر مبنای همین ایده بود که اینشتین شروع به فرمول‌بندی نظریه نسبیت عام کرد و بر اساس آن نشان داد که ذرات ماده، هندسه فضا-زمان اطراف خود را تغییر داده و آن را از حالت تخت به حالت منحنی و خمیده تبدیل می‌کنند و در واقع همین انحنای فضا-زمان است که به صورت گرانش نمود پیدا می‌کند. به عبارت دیگر، مسیر حرکت سایر ذرات در فضا-زمان خمیده اطراف یک ذره مادی به گونه‌ای است که ما تصور می‌کنیم در حال سقوط در میدان گرانشی و جذب شدن به سوی ذره مزبور به واسطه نیروی گرانشی حاصل از آن هستند. بدین ترتیب اینشتین موفق شد معادله‌ای را در چارچوب نظریه نسبیت عام به دست آورد که با داشتن نحوه توزیع چگالی جرم انرژی، میزان انحنای هندسی فضازمان را در هر نقطه از آن مشخص می‌کرد.

این معادله که به معادله میدان اینشتین» شهرت یافته به لحاظ ریاضی یک معادله تانسوری است که می‌توان آن را در قالب ۱۰ معادله دیفرانسیل جزئی نیز نوشت. به کمک همین معادله بود که فیزیکدان‌ها توانستند از وجود پدیده‌های اسرار آمیز و ناشناخته بسیاری در گستره کائنات پرده بردارند، پدیده‌های حیرت‌انگیزی نظیر سیاهچاله‌ها، عدسیهای گرانشی امواج گرانشی، انبساط کیهان و حتی امکان سفردر بعدزمان.معادله میدان اینشتین در نسبیت عام عملاقانون گرانش نیوتن را اصلاح کرده و قانون گرانشی جامع‌تری را ارائه میدهد که در حوزه‌هایی از جهان که در آن‌ها میدان گرانشی فوق العاده قدرتمندی حاکم است نیز همچنان صادق است