اینشتین دیدگاه ها را نسبت به جهان تغییر داد (2)

مجله دیجی کالا: وقتی اینشتین از پنجره‌ی دفتر کارش به بیرون نگاه می‌کرد، تخیل او هسته‌ی اولیه‌ی نسبیت عام را شکل داد. او بعدا گفت: «برای یک لحظه، فکری به سرم زد. اگر کسی آزادانه سقوط کند، وزن خودش را احساس نمی‌کند.» این اتفاق در سال ۱۹۰۷، یعنی دو سال بعد از اینکه نسبیت خاص او تصور ما از زمان و حرکت را بازنویسی کرد، افتاد. نسبیت خاص نشان داد که قوانین طبیعت، تا زمانی که حرکت شما ثابت است و با سرعتی یکنواخت در خط مستقیم حرکت می‌کنید، به چگونگی حرکت شما بستگی ندارد.


ولی در واقعیت، مردم و اجسام به شیوه‌های گوناگونی حرکت می‌کنند. مثل این است که بادکنکی را سوراخ و آن را رها کنید تا به صورت نامنظم و به جهت‌های مختلف حرکت کند. حتی حرکت‌های ساده، مثل چرخش یک کره یا مدار یک سیاره نیز یکنواخت نیست، آن‌ها دائما تغییر جهت می‌دهند و در نتیجه شتاب می‌گیرند. اینشتین می‌خواست نسبیت را به همه‌ی انواع حرکت‌های شتاب‌دار تعمیم دهد، ولی نمی‌دانست چگونه این کار را بکند.

کسی که سقوط آزاد می‌کند، به سمت زمین شتاب می‌گیرد و هیچ نیرویی احساس نمی‌کند. بنابراین اینشتین نتیجه گرفت که گرانش و شتاب دو روی یک سکه هستند. شتاب رو به سوی بالای یک هواپیما، می‌تواند باعث شود که به صندلی بچسبید. درست مثل زمانی که روی زمین هستید و نیروی گرانش به شما وارد می‌شود. این معادله‌ی شتاب-گرانش، توانست گفته‌ی نیوتون مبنی بر اینکه جرم یک جسم (مقاومت اینرسیایی آن به تغییر حرکت)، با وزن آن (جرم گرانشی) برابر است را توضیح دهد. اینشتین نسبیت خاص را بر این اساس که سرعت نور ثابت است، بنا نهاد. او گفت که نسبیت خاص می‌تواند بر این مبنا که جرم گرانشی و اینرسیایی برابر هستند، ساخته شود. اگر او موفق می‌شد، بدین معنا بود که قوانین طبیعت می‌توانند برای ناظران مختلف یکسان باشد.

در اول کار، پیشرفت آهسته بود. ولی در سال ۱۹۰۸، ریاضی‌دانی به نام «هرمن مینکووسکی» (Hermann Minkowski) نشان داد که چگونه نسبیت خاص نیازمند تلفیق فضا و زمان است. در نسبیت خاص، مقیاس‌های فضا و زمان برای ناظران مختلف متفاوت است. ولی مینکووسکی نشان داد که وقتی فضا و زمان تلفیق می‌شوند و فضا-زمان بوجود می‌آید، تعریفی ریاضی بدست می‌آید که همه‌ی ناظران می‌توانند روی آن توافق کنند. برقراری این مختصات‌ نیازمند یک نقطه‌ی شروع است. ناظران مختلف، نقاط شروع متفاوتی را برمی‌گزینند. بنابراین اگر قوانین طبیعت برای همه یکسان باشد،‌ مختصات هر ناظر باید با مختصات ناظر دیگر یکسان به نظر برسد. بنابراین اینشتین تلاش کرد که فرمولی برای تبدیل سیستم مختصات یک ناظر به دیگری پیدا کند و در عین حال همسنگی را بین گرانش و شتاب حفظ کند. در سال ۱۹۱۲، اینشتین متوجه شد که برای رسیدن به هدفش باید هندسه‌ی اقلیدسی را رها کند. فضای واقعی، نمی‌تواند با خط‌ها و زاویه‌های ایده‌آل آن مطابقت پیدا کند. گرانش مختصات را مغشوش می‌کند؛ مثل اینکه تعدادی خطوط موازی چهار خانه بر روی یک صفحه داشته باشید و سپس یک گوی سنگین روی آن قرار دهید؛ خطوط چهارخانه‌ی شما خمیده می‌شوند.


ولی اینشتین مهارت‌های ریاضی را برای دست و پنجه نرم کردن با هندسه‌ی غیر اقلیدسی یاد نگرفت. خوشبختانه دوست دانشگاهی او به نام «مارسل گروسمن» (Marcel Grossmann) می‌توانست به او کمک کند. گروسمن یک ریاضی‌دان بود و با کارهای ریاضی‌دان قرن نوزدهمی به نام «برنارد ریمان» (Bernhard Riemann) بر روی سطوح خمیده آشنایی داشت. او به اینشتین کمک کرد که طرح کلی نظریه‌ی جدید گرانش را بسازد. در آلمانی به آن Entwurf یا پیش‌نویس می‌گویند. ولی یک مشکل وجود داشت، این روش برای بعضی از سیستم‌های مختصات کار می‌کرد ولی به کار همه‌ی آن‌ها نمی‌آمد. اینشتین ناامید شده بود؛ او در آگوست سال ۱۹۱۳ برای فیزیک‌دانی به نام «هندریک لورنتس» (Hendrick Lorentz) نوشت: «هنوز گره‌هایی وجود دارد و باعث می‌شود که این نظریه برای خود من خیلی قابل قبول نباشد.» اینشتین این‌طور ادامه داد که اگر شتاب همسنگ میدان گرانشی باشد، همه نوع شتاب باید با معادلات گرانش قابل توضیح باشد. اگر نباشد، «نظریه، فرض نخست خود را ابطال می‌کند و بنابراین فاقد پایه و اساس می‌شود.»

دو روز بعد از نوشتن این نامه، اینشتین خوشحال‌تر به نظر می‌رسید. او دوباره به لورنتس نامه نوشت که کمبودهای نظریه‌ی Entwurf جبران شده است. در ماه نوامبر، اینشتین راه‌حل را در نامه‌ای به فیزیک‌دانی به نام «پال ارنفست» (Paul Ehrnfest) توضیح داد و گفت معادلاتی که بتوانند همه‌ی انواع شتاب را توضیح بدهند وجود ندارد. البته این باعث شد که اینشتین نتواند به هدف اولیه‌ی خود برسد. ولی اینشتین خوشحال بود که توانسته بهترین کاری که طبیعت به او اجازه می‌داده است را انجام دهد.

موفقیت غیر منتظره در برلین

اینشتین در شهرهای مختلف زندگی ‌کرد. او سال ۱۸۷۹ در شهر اولم آلمان به دنیا آمد، در کودکی به مونیخ رفت و به هنگام نوجوانی به میلان مهاجرت کرد. آن‌جا از دبیرستان اخراج شد؛ سپس در سوییس به مدرسه رفت و در نهایت در زوریخ از کالج فارغ‌التحصیل شد. او که نتوانست شغل آکادمیک پیدا کند، در سال ۱۹۰۲ در دفتر ثبت اختراعات مشغول به کار شد و سال بعد با دختری به نام «میلوا ماریک» (Mileva Maric) ازدواج کرد.

در طول سال‌ها کار در دفتر ثبت اختراعات، اینشتین توانست مقاله‌های مختلفی بنویسد که فیزیک کلاسیک را در آن‌ها به چالش می‌کشید؛ از جمله کارهایی که در رابطه با نسبیت خاص انجام داد. در نهایت این مقاله‌ها در دنیای فیزیک مورد توجه قرار گرفت و در دانشگاه پراگ برای او قرار ملاقات تعیین کردند. ولی در اولین فرصت به زوریخ، جایی که گروسمن آن‌جا ریاضی درس می‌داد، برگشت. آن‌جا با گروسمن شروع به کار روی نظریه‌ی Entwurf کردند. اینشتین سپس به برلین، جایی که آن زمان قطب فیزیک جهان بود رفت. فیزیک‌دان‌های دانشگاه‌های آن‌جا پیشنهادی به او دادند که نمی‌توانست رد کند. او به لورنتش نامه نوشت: «قرار نیست آن‌جا تدریس کنم. من نمی‌توانم در برابر وسوسه‌ی قبول موقعیتی که باعث می‌شود فقط بتوانم روی نظریاتم تمرکز کنم، مقاومت کنم.»


در تمام این جابجایی‌ها، اوضاع زندگی شخصی اینشتین بدتر می‌شد. او از میلوا جدا شد و با «السا» (Elsa) وارد رابطه شد. میلوا نیز دیگر نمی‌توانست در برلین زندگی کند. در جولای ۱۹۱۴ میلوا دو پسرشان را به زوریخ برد و اینشتین در برلین ماند تا روی نسبیت عام کار کند. در همان سال، کم‌کم تلاش‌های اینشتین شروع به نتیجه دادن کرد. در اواسط سال ۱۹۱۵، او فهمید راهی وجود دارد که می‌توان نسبیت را کاملا عمومی کرد. به جای تلاش بر روی معادلات مربوط به پایستگی انرژی، او بر روی نوشتن معادلاتی که می‌توانستند قانون پایستگی را به کل عالم تعمیم بدهند شروع به کار کرد.

معادلات میدان اینشتین

از آن‌جا که جرم و انرژی می‌توانند شکل فضا-زمان را خمیده کنند، هندسه‌ی اقلیدسی نمی‌تواند به خوبی توصیف‌کننده‌ی این پدیده باشد. نسبیت عام اینشتین از ریاضیات پیچیده‌تر هندسه‌ی غیراقلیدسی که در قرن نوزدهم توسط برنارد ریمان ابداع شد، استفاده می‌کند. اینشتین به کمک دوستش مارسل گروسمن، توانست از طریق موجوداتی به نام تانسورها به توصیف بهتری از فضا-زمان برسد. تانسورها مثل بردارها هستند؛ کمیت‌هایی مثل سرعت که از دو جزء تشکیل شده‌اند. (منظور از دو جزیی بودن سرعت، وجود اندازه و جهت برای بردار سرعت است) تانسورها شبیه به آن‌ّها هستند ولی می‌توانند از بیش از دو جزء تشکیل شده باشند. اینشتین از تانسورها برای ساختن معادله‌اش جهت توصیف میدان گرانشی استفاده کرد. توصیفی که بعدا نامش معادله‌ی میدان اینشتین شد.

معادله‌ی میدان اینشتین: Gμν = 8πTμν

در قسمت سمت چپ معادله، تانسوری قرار دارد که توصیف‌کننده‌ی هندسه‌ی فضا-زمان یا همان میدان گرانشی است. سمت راست معادله، تانسوری است که چگالی ماده و انرژی را توصیف می‌کند. یعنی منشاء میدان گرانشی. معادله نشان می‌دهد که هندسه‌ی فضا-زمان با چگالی ماده-انرژی وقتی که با یکاهای صحیح و ثابت‌های عددی تنظیم می‌شود، در ارتباط است.

معادله‌ی میدان اینشتین با لاندا: Gμν + Λgμν = 8πTμν

وقتی اینشتین معادلاتش را به همه‌ی عالم تعمیم داد، فهمید که در این صورت جهان باید بی‌ثبات باشد و به سوی انبساط و یا انقباض برود. برای جلوگیری از این بی‌ثباتی، او عنصری به نام ثابت کیهانی را به معادلاتش افزود که با حرف لاندا نشان داده می‌شود. ثابت کیهانی، نشانگر میزانی ثابت از چگالی انرژی در کل فضا است که باعث می‌شود عالم ثابت و بدون تغییر باقی بماند. شواهد بعدی نشان داد که اتفاقا جهان در حال منبسط شدن است و اینشتین نباید به معادلات اولیه‌ی خود شک می‌کرد. هرچند که به نظر می‌آمد ثابت کیهانی اینشتین دیگر به کار نمی‌آید، ولی در اواخر دهه‌ی ۱۹۹۰ برای توصیف انبساط شتاب‌دار جهان به کار آمد.

حالا او تمام انرژی خود را بر روی ریاضیاتی گذاشت که در سال‌های گذشته آموخته بود و تلاش کرده بود عناصری هندسی به نام تانسورها را فراگیرد. در نوامبر ۱۹۱۵، اینشتین بوی پیروزی را احساس می‌کرد. در ۴ نوامبر، او مقاله‌ای درباره‌ی نسبیت عام به فرهنگستان علوم پروس ارسال کرد. در ۱۱ نوامبر نیز ضمیمه‌ای برای آن فرستاد. هفته‌ی بعد از آن، او مقاله‌ای جدید را این بار به صورت یک سخنرانی آکادمیک ارائه داد. در این سخنرانی، او نشان داد که چگونه خمیدگی فضا-زمان نسبیت عام می‌تواند یک مسئله‌ی بزرگ گرانشی درباره‌ی مدار سیاره‌ی عطارد را حل کند. طی همان هفته، او بالاخره توانست شکل صحیح معادلاتی که میدان گرانشی را توصیف می‌کردند را پیدا کند. نتیجه‌ی آن را در ۲۵ نوامبر ارائه داد. تلاش اینشتین نتیجه داد، نسبیت عام کار می‌کرد.

ادامه دارد…

مجله دیجی کالا - مهدی مومن زاده: یک قرن از ارائه‌ی نظریه‌ی نسبیت عام اینشتین می‌گذرد. اینشتین دقیقا صد سال پیش و در نوامبر سال ۱۹۱۵، مقاله‌ی نسبیت عام خود را برای فرهنگستان علوم پروس فرستاد. آلبرت اینشتین، دیدگاه بشر را نسبت به عالم تغییر داد. قبل از اینشتین،‌ فیزیک نیوتونی جهانی ثابت و بی‌تغییر برای ما ساخته بود. طبق نظریه‌ی نیوتون، زمان به صورت مستقل و بدون تاثیرپذیری از عوامل دیگر سپری می‌شد. ولی اینشتین به فضا و زمان، از منظری دیگر نگریست و آن‌ها را یکپارچه دید؛ او مفهوم «فضا-زمان» را ساخت.

قانون گرانش نیوتون، فیزیک زمینی را با فیزیک اجرام سماوی مثل سیاره‌ها در هم آمیخت و گفت که هر دو بر اساس یک قانون عمل می‌کنند. ولی نیوتون هیچ‌وقت نتوانست چگونگی این عملکرد را توضیح دهد. به فردی مثل اینشتین نیاز بود که بتواند مکانیسم دقیقی که گرانش بر اساس آن کار می‌کند را توضیح دهد. اینشتین نشان داد که گرانش همیشه باعث نمی‌شود چیزی که بالا می‌رود،‌ پایین بیاید؛ گرانش کاری می‌کند که چرخ جهان بچرخد.


نظریه‌ی نسبیت عام اینشتین، توانست پرده از راز سر به مهر گرانش بردارد. اینشتین دقیقا یک قرن پیش و در ماه نوامبر ۱۹۱۵، چند مقاله برای فرهنگستان علوم پروس در برلین فرستاد. او توانست نشان دهد که ماده و فضا-زمان، به صورت دو طرفه برهمکنش دارند. اینشتین می‌گفت: «گرانش، ماده را در طول مسیرهایی خمیده که در فضا-زمان ایجاد شده، حرکت می‌دهد. جرم و انرژی این مسیرهای خمیده را بوجود می‌آورد.» دهه‌ها بعد، فیزیک‌دانی به نام «جان آرکیبالد ویلر» (John Archibald Wheeler) درک جدید ما از گرانش را این‌طور توصیف کرد: «جرم، فضا-زمان را در چنگ خود می‌گیرد و به او می‌گوید چگونه خمیده شود. به طور متقابل، فضا-زمان نیز جرم را در چنگ می‌گیرد و به او می‌گوید که چگونه حرکت کند.»

نظریه‌ی نسبیت عام اینشتین توانست یکی از پدیده‌هایی که با گرانش نیوتون صدق نمی‌کرد را توضیح دهد. قوانین نیوتون نمی‌توانستند به طور دقیق، مدار سیاره‌ی عطارد به دور خورشید را پیش‌بینی کنند و این موضوع باعث شده بود که نظریه‌ی او زیر سوال برود. عطارد آزمون خوبی برای نسبیت عام بود؛ این نظریه توانست از آن سربلند بیرون بیاید. در طول یک قرن گذشته، چنین آزمون‌هایی تکرار شده و نسبیت عام تا حالا آن‌ها را با موفقیت پشت سر گذاشته است.

ولی نسبیت عام اینشتین درباره‌ی چیزهای خیلی بیشتری به ما توضیح می‌دهد. نسبیت عام به طور کلی درباره‌ی هستی می‌گوید. این نظریه‌، دید ما را نسبت به کیهان تغییر داده است. ما اکنون فهمیدیم جهان در حال منبسط شدن است و پدیده‌هایی به نام سیاه‌چاله را کشف کردیم. استیون هاوکینگ می‌گوید: «پیش‌بینی‌هایی که می‌توان از نظریه‌های نسبیت اینشتین کرد، خیلی شگفت‌انگیزتر از چیزی است که خود اینشتین فکرش را می‌کرد.» فواید نسبیت عام اینشتین فقط به شناخت کیهان ختم نمی‌شود، این نظریه در زندگی روزمره‌ی ما هم تاثیر زیادی دارد. برای مثال، بدون استفاده از معادلات نسبیت عام، ماهواره‌های GPS نمی‌توانستند این‌قدر دقیق مختصات را به ما نشان دهند.

انقلاب گرانشی

اینشتین در رسیدن به نظریه‌ی نسبیت عام، راه‌های مختلفی را امتحان کرد. از سال ۱۹۰۷ تا ۱۹۱۴، او درگیر حل مسئله‌ای بود که «آبراهام پایس» (Abraham Pais) آن را یکی از سخت‌ترین پرسش‌‌های قرن خوانده بود. اینشتین به دنبال توضیح گرانش به نحوی بود که قوانین فیزیک برای همه‌ی ناظران به یک شکل باشد. اینشتین برای حل این مسئله باید نوعی جدید از ریاضی را به کار می‌گرفت و پارادایم‌هایی مثل اینکه هندسه‌ی اقلیدسی می‌تواند توضیح دهنده‌ی واقعیت جهان باشد را دور می‌ریخت. او باید از پس عواملی که تمرکز او را از بین می‌برد، بر می‌آمد. عواملی مثل مشکلات زندگی شخصی او و البته نظریه‌ی جدید کوانتم که ذهنش را آزار می‌داد. در سال ۱۹۱۴، پس از تلاش‌های زیاد و آزمون راه‌های مختلف، هنوز به نتیجه نرسیده و تقریبا تسلیم شده بود.

ولی کمی بعد ذهن اینشتین به یکباره روشن شد. در نوامبر سال ۱۹۱۵، او چهار مقاله نوشت. در مقاله‌ی آخر، توانست معادله‌ی قاطعی که باعث انقلاب گرانشی او شد را پیدا کند. چهار سال بعد، نسبیت عام از اینشتین یک ستاره ساخته بود. اگر گرانش می‌تواند فضا را خم کند، پرتوی نوری که از کنار یک جرم سنگین مثل خورشید عبور می‌کند، باید از مسیر مستقیم منحرف شود. این انحراف از مسیر اصلی باعث می‌شود که مکان آن جسم را جابجا ببینیم. مثلا به هنگام خورشید گرفتگی، احتمالا می‌شود اینکه نور می‌تواند تحت تاثیر گرانش خم شود یا خیر را فهمید. این آزمایش، در کسوف سال ۱۹۱۹ انجام شد و نسبیت عام تایید شد.

بدین ترتیب که رصدگران می‌دانستند در خط دید آن‌ها، ستاره‌ای پشت خورشید و نزدیک به لبه‌ی آن قرار گرفته است؛ اگر خورشید می‌تواند نور آن ستاره را خم کند، باید بتوان ستاره‌ای که پشت خورشید قرار گرفته است را به هنگام کسوف مشاهده کرد. هرچند آن زمان توییتر و فیس‌بوک وجود نداشت، ولی با رصد موفق ستاره‌ای که پشت خورشید قرار داشت و بر اثر گرانش، نورش خمیده شده و به چشم رصدگران رسیده بود، شهرت اینشتین جهانی شد.

با این کشف، روزنامه‌ی نیویورک تایمز در ۱۰ نوامبر همان سال تیتر زد: «نور در آسمان‌ها خم می‌شود؛ مردان علم در جوش و خروش هستند.» روزنامه‌ی تایمز لندن هم تیتر زد: «انقلاب در علم؛ نظریه‌ی جدید برای کیهان؛ قوانین نیوتون فروریخت.» بدین ترتیب اینشتین به یک اسطوره تبدیل و نام او برای همیشه با نبوغ همراه شد.

خم شدن نور

یکی از نخستین پیش‌بینی‌های نسبیت عام که مورد آزمون قرار گرفت، خم شدن نور بود. از آن‌جا که جرم‌های سنگین مثل ستاره‌ها، فضا-زمان پیرامون خود را خم می‌کنند، نوری که از آن حوالی رد می‌شود باید از خط راست منحرف گردد. اگر از زمین نگاه کنیم، وقتی نور یک ستاره‌ی دوردست از کنار خورشید رد می‌شود، باید از خط راست منحرف شود؛ بدین ترتیب جای ستاره را باید متفاوت از مکان قرارگیری واقعی آن ببینیم. در سال ۱۹۱۹، ستاره‌شناسان طی یک خورشیدگرفتگی، توانستند تصویر ستارگانی را کنار خورشید ثبت کنند. وقتی مکان این ستاره‌ها به هنگام خورشیدگرفتگی را با مکان قرار‌گیری آن‌ها در شب مقایسه کردند، متوجه شدند که تفاوتی در حد پیش‌بینی نظریه‌ی اینشتین دارد. البته محاسباتی که بر اساس گرانش نیوتون صورت گرفته بود نیز خم شدن نور را پیش‌بینی می‌کرد. ولی نسبیت عام خمیدگی تا دو برابر آن را پیش‌بینی می‌کند.


نکته‌ی جالب این‌جاست که فردی به نام «یوهان فون سولدنر» (Johann Von Soldner) یک قرن پیشتر از اینشتین،‌ در معادلاتش پیش‌بینی کرده بود که حتی با فیزیک نیوتونی هم نور می‌تواند تا حدی خم شود. ولی معادلات اینشتین پیش‌بینی می‌کند که نور می‌تواند تا دو برابر بیشتر خم شود. هرچند که نخستین آزمایش‌ها خیلی خام و ناپخته بودند، ولی نتایج آن‌ها به پیش‌بینی اینشتین نزدیک‌تر بود. در خورشید گرفتگی‌هایی که بعدا رخ داد، باز هم بر درستی نسبیت عام اینشتین صحه گذاشته شد؛ گرانش واقعا می‌تواند پرتوی نور را خم کند.

اینکه می‌دانیم نور می‌تواند بر اثر گرانش خم شود، کاربردهای خیلی زیادی دارد. با خم شدن نور، جرم‌های بزرگ می‌توانند مثل عدسی عمل کنند. مثل پدیده‌ی «عدسی‌های گرانشی» که در فضا وجود دارد و می‌تواند چند تصویر شبیه به هم از اجرام دوردست بسازد. این عدسی‌های کیهانی می‌توانند برای کاوش نحوه‌ی انتشار ماده در فضا، یا رصد اجرام بسیار دوردست به کار آیند.

آن‌طور که فیزیک‌دانی به نام «کلیفورد ویل» (Clifford Will) اخیرا در یک مقاله گفته: «از زمان کشف نخستین عدسی‌های گرانشی، از این پدیده برای نقشه‌برداری توزیع جرم پیرامون کهکشان‌ها و خوشه‌ها، جستجوی ماده‌ی تاریک، انرژی تاریک و سیاره‌های فراخورشیدی استفاده شده است.»

عدسی‌های گرانشی نخستین بار در سال ۱۹۷۹ کشف شدند؛ ولی اینشتین وجود آن‌ها را در سال ۱۹۱۲ و زمانی که هنوز نظریه‌ی او کامل نشده بود پیش‌بینی کرد. در سال ۱۹۳۶ اینشتین درباره‌ی آن یک مقاله منتشر کرد. اینشتین در این مقاله گفت که تاثیر عدسی گرانشی غیر قابل مشاهده است؛ ولی رصدهای جدید نشان می‌دهد که برخلاف نظر اینشتین، این اثر را کاملا می‌توان دید.

اینشتین درباره‌ی دیگر نتیجه‌های نسبیت عام دچار احساس چندگانه بود. برای مثال در سال ۱۹۱۶، او احتمال وجود تابش گرانشی را مطرح کرد. موج‌هایی که به محض تغییر مسیر یا سرعت حرکت یک جرم سنگین، یا وقتی دو جرم به یکدیگر برخورد می‌کنند، ایجاد می‌شوند. اینشتین استدلال کرد چنین امواجی باید وجود داشته باشند چرا که در نسبیت عام، تاثیر گرانش باید با سرعت نور منتشر می‌شد. این درحالیست که گرانش نیوتونی به صورت لحظه‌ای تاثیر خود را می‌گذاشت. ولی بعدها نظر اینشتین عوض شد؛ در سال ۱۹۳۶، او و «ناتهان روزن» (Nathan Rosen) مقاله‌ای نوشتند و در آن استدلال کردند که اصلا چنین امواجی وجود ندارد. ولی مقاله‌ی آن‌ها دارای مشکلات زیادی بود. اکنون وجود امواج گرانشی به طور غیر مستقیم تصدیق شده است و آزمایش‌هایی که وجود آن را به طور مستقیم تایید کند، در دست انجام است.

ستاره‌شناسان اکنون یکی دیگر از پیش‌بینی‌های نسبیت عام، یعنی سیاه‌چاله‌ها را پیدا کرده‌اند. ولی جالب‌ این‌جاست که خود اینشتین به وجود آن‌ها باور نداشت. وجود سیاه‌چاله‌ها تنها چند هفته بعد از اینکه اینشتین مقاله‌های خود را به فرهنگستان علوم پروس ارائه داد، پیش بینی شد. «کارل شوارتزشیلد» (Karl Schwarzschild)، ستاره‌شناسی آلمانی بود که بر روی معادلات پیچیده‌ی اینشتین درباره‌ی هندسه‌ی فضا-زمان پیرامون کره‌های ابرپرجرم کار می‌کرد. این نخستین گام‌ها برای توصیف ریاضیاتی سیاه‌چاله‌ها بود. ولی شوارتزشیلد قبل از اینکه بتواند نتیجه‌ی کار خود را ببیند، فوت کرد. سیاه‌چاله‌ها دوباره در اواخر دهه‌ی ۶۰ میلادی مطرح شدند و به عنوان بهترین وسیله‌ی تبلیغاتی برای نسبیت عام عمل کردند. وجود سیاه‌چاله‌ نظریه‌ای بود که می‌توانست ذهن دانشمندان و مردم عام را درگیر کند.

توضیح مدار عجیب سیاره‌ی عطارد

در اواسط قرن نوزدهم، دانشمندان فهمیدند که مدار سیاره‌ی عطارد حول خورشید، دقیقا با پیش‌بینی گرانش نیوتون منطبق نیست. آن‌طور که از روی زمین به نظر می‌رسید، حضیض مداری عطارد در هر دور حول خورشید، اندکی جابجا می‌شد. به طوری که این جابجایی در یک قرن به ۲ درجه‌ی قوسی می‌رسید. بیشتر این جابجایی می‌تواند با تاثیرات گرانشی دیگر سیاره‌های منظومه‌ی شمسی روی عطارد توجیه شود؛ ولی ۴۳ ثانیه‌ی قوسی آن قابل توجیه نبود. برای دهه‌ها، ستاره‌شناسان طبق نظریه‌ای در پی یافتن سیاره‌ای کوچک‌تر از عطارد و نزدیک به خورشید به نام ولکان بودند که می‌توانست این تاثیرات گرانشی را روی عطارد بگذارد؛ ولی این سیاره هیچ‌وقت پیدا نشد. در نوامبر ۱۹۱۵، اینشتین توانست با استفاده از نسبیت عام، مدار صحیح عطارد را پیش‌بینی کند و این پشتوانه‌ای عظیم بر صحت نظریه‌ی اینشتین شد.


ادامه دارد…