سرعة الجاذبية

📅 آخر تحديث: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة

في النظريات الكلاسيكية للجاذبية ، تنتشر التغيرات في مجال الجاذبية . ويؤدي تغير توزيع الطاقة وزخم المادة إلى تغيير لاحق، عن بُعد، في مجال الجاذبية الذي ينتجه. أما في النسبية، فتشير "سرعة الجاذبية" إلى سرعة موجة الجاذبية ، والتي، كما تنبأت به النسبية العامة وأكدته ملاحظة اندماج النجم النيوتروني GW170817 ، تساوي سرعة الضوء ( c ). [ 2 ]

الفهم الحديث

سرعة موجات الجاذبية في النظرية النسبية العامة تساوي سرعة الضوء في الفراغ، c . [ 3 ] أما في نظرية النسبية الخاصة ، فإن الثابت c لا يقتصر على الضوء فحسب، بل هو أعلى سرعة ممكنة لأي تفاعل في الطبيعة. وبالتحديد، c هو عامل تحويل لتحويل وحدة الزمن إلى وحدة المكان. [ 4 ] وهذا ما يجعله السرعة الوحيدة التي لا تعتمد على حركة الراصد أو مصدر الضوء أو الجاذبية. وبالتالي، فإن سرعة "الضوء" هي أيضاً سرعة موجات الجاذبية، بل وسرعة أي جسيم عديم الكتلة . وتشمل هذه الجسيمات الغلوون (حامل القوة النووية القوية )، والفوتونات التي تُكوّن الضوء (وبالتالي حاملة القوة الكهرومغناطيسية )، والجرافيتونات الافتراضية (وهي جسيمات المجال المفترضة المرتبطة بالجاذبية؛ إلا أن فهم الجرافيتون، إن وُجد، يتطلب نظرية للجاذبية الكمومية لم تُطوّر بعد ).

الحقول الساكنة

لا ينبغي الخلط بين سرعة التغيرات الفيزيائية في مجال الجاذبية أو المجال الكهرومغناطيسي وبين "التغيرات" في سلوك المجالات الساكنة الناتجة عن تأثيرات المراقب البحتة. هذه التغيرات في اتجاه المجال الساكن، بحكم الاعتبارات النسبية، هي نفسها بالنسبة للمراقب عندما تتحرك شحنة بعيدة، كما هي عندما يقرر المراقب (بدلاً من ذلك) التحرك بالنسبة لشحنة بعيدة. وبالتالي، فإن الحركة المستمرة للمراقب بالنسبة لشحنة ساكنة ومجالها الساكن الممتد (سواء كان مجال جاذبية أو مجالًا كهربائيًا) لا تُغير المجال. بالنسبة للمجالات الساكنة، مثل المجال الكهروستاتيكي المرتبط بشحنة كهربائية، أو مجال الجاذبية المرتبط بجسم ذي كتلة، يمتد المجال إلى ما لا نهاية، ولا ينتشر. إن حركة المراقب لا تتسبب في تغيير اتجاه هذا المجال، ومن خلال اعتبارات التناظر، فإن تغيير إطار المراقب بحيث تبدو الشحنة وكأنها تتحرك بمعدل ثابت، لا يتسبب أيضًا في تغيير اتجاه مجالها، ولكنه يتطلب أن يستمر في "الإشارة" في اتجاه الشحنة، على جميع المسافات من الشحنة.

نتيجةً لذلك، تشير الحقول الساكنة (سواءً كانت كهربائية أو جاذبية) دائمًا إلى الموقع الفعلي للأجسام المتصلة بها، دون أي تأخير ناتج عن أي "إشارة" تنتقل (أو تنتشر) من الشحنة عبر مسافة إلى الراصد. ويبقى هذا صحيحًا حتى لو تم "تحريك" الأجسام المشحونة ومراقبيها (أو تثبيتهم) بمجرد تغيير الإطار المرجعي. يُسبب هذا الأمر أحيانًا التباسًا حول "سرعة" هذه الحقول الساكنة، التي قد تبدو أحيانًا وكأنها تتغير بسرعة فائقة، بينما تكون التغيرات في الحقل مجرد نتاج لحركة الراصد أو للملاحظة نفسها.

في مثل هذه الحالات، لا يتغير شيء فعليًا بسرعة لانهائية، باستثناء وجهة نظر مراقب المجال. على سبيل المثال، عندما يبدأ مراقب بالتحرك بالنسبة لمجال ثابت يمتد بالفعل عبر سنوات ضوئية، يبدو كما لو أن المجال بأكمله، مع مصدره، قد بدأ "فورًا" بالتحرك بسرعة المراقب. وهذا يشمل، بالطبع، الأجزاء الممتدة من المجال. ومع ذلك، فإن هذا "التغير" في السلوك الظاهري لمصدر المجال، مع مجاله البعيد، لا يمثل أي نوع من الانتشار أسرع من الضوء.

وجهات نظر تاريخية

الجاذبية النيوتونية

تتطلب صياغة إسحاق نيوتن لقانون قوة الجاذبية أن يستجيب كل جسيم ذو كتلة بشكل فوري لأي جسيم آخر ذي كتلة، بغض النظر عن المسافة بينهما. وبعبارة أخرى، تُوصف الجاذبية النيوتونية بمعادلة بواسون ، التي تنص على أنه عندما يتغير توزيع كتلة نظام ما، يتكيف مجال جاذبيته بشكل فوري. لذا، تفترض النظرية أن سرعة الجاذبية لانهائية. كان هذا الافتراض كافيًا لتفسير جميع الظواهر بدقة الرصد المتاحة آنذاك. ولم يُلاحظ وجود شذوذ في الرصد الفلكي لا يتوافق مع نموذج الجاذبية النيوتونية للفعل الفوري إلا في القرن التاسع عشر: فقد حدد الفلكي الفرنسي أوربان لو فيرييه عام 1859 أن مدار عطارد الإهليلجي يتقدم بمعدل مختلف بشكل ملحوظ عن المعدل الذي تنبأت به النظرية النيوتونية. [ 5 ]

لابلاس

كانت أول محاولة لدمج سرعة الجاذبية المحدودة مع نظرية نيوتن على يد بيير سيمون لابلاس عام 1805. استنادًا إلى قانون نيوتن للقوة، افترض نموذجًا يُعرَّف فيه مجال الجاذبية كمجال إشعاعي أو مائع. تنتقل التغيرات في حركة الجسم الجاذب عبر نوع من الموجات. [ 6 ] لذلك، ينبغي تعديل حركات الأجرام السماوية وفقًا للترتيب v / c ، حيث v هي السرعة النسبية بين الأجسام و c هي سرعة الجاذبية. يتلاشى تأثير سرعة الجاذبية المحدودة عندما تقترب c من اللانهاية، ولكن ليس وفقًا للترتيب 1/ c² كما هو الحال في النظريات الحديثة. قاد هذا لابلاس إلى استنتاج أن سرعة التفاعلات الجاذبية لا تقل عن7 × 10⁶ ضعف سرعة الضوء. وقد استخدم الكثيرون هذه السرعة في القرن التاسع عشر لانتقاد أي نموذج قائم على سرعة محدودة للجاذبية، مثل التفسيرات الكهربائية أو الميكانيكية للجاذبية .

الشكل 1. إحدى النتائج المحتملة لدمج الميكانيكا النيوتونية مع سرعة جاذبية محدودة. إذا افترضنا آلية فاتيو/لو ساج لأصل الجاذبية، فإن الأرض تدور حلزونيًا نحو الخارج مع انتهاك لقانوني حفظ الطاقة والزخم الزاوي. [ 7 ] في عام 1776، نظر لابلاس في آلية مختلفة حيث تنشأ الجاذبية عن "دفع سائل موجه نحو مركز الجسم الجاذب". في هذه النظرية، تؤدي سرعة الجاذبية المحدودة إلى دوران الأرض حلزونيًا نحو الداخل باتجاه الشمس. [ 6 ]

من وجهة نظر حديثة، يُعد تحليل لابلاس غير صحيح. فبسبب جهله بثبات لورنتز للحقول الساكنة، افترض لابلاس أنه عندما يتحرك جسم كالأرض حول الشمس، فإن جاذبية الأرض لن تكون باتجاه الموقع اللحظي للشمس، بل باتجاه الموقع الذي كانت عليه الشمس لو تم تأخير موقعها باستخدام السرعة النسبية (يحدث هذا التأخير بالفعل مع الموقع البصري للشمس، ويُسمى الانحراف الشمسي السنوي ). بوضع الشمس ثابتة عند نقطة الأصل، بينما تتحرك الأرض في مدار نصف قطره R بسرعة v، بافتراض أن تأثير الجاذبية يتحرك بسرعة c ، فإن ذلك يُحرك الموقع الحقيقي للشمس إلى الأمام عن موقعها البصري، بمقدار يساوي vR / c ، وهو زمن انتقال الجاذبية من الشمس إلى الأرض مضروبًا في السرعة النسبية للشمس والأرض. كما هو موضح في الشكل  1، فإن قوة الجاذبية (إذا كانت تتصرف كموجة، مثل الضوء) ستكون دائمًا في اتجاه سرعة الأرض، بحيث تُسحب الأرض دائمًا نحو الموقع البصري للشمس، وليس موقعها الفعلي. وهذا من شأنه أن يُسبب قوة جذب أمام الأرض، مما يؤدي إلى دوران مدارها حلزونيًا نحو الخارج. ويُقمع هذا الدوران الخارجي بمقدار v/c مقارنةً بالقوة التي تُبقي الأرض في مدارها؛ وبما أن مدار الأرض مستقر، فإن قيمة c لابلاس يجب أن تكون كبيرة جدًا. وكما هو معروف الآن، يمكن اعتبارها لانهائية في حالة الحركة في خط مستقيم، لأنها كتأثير ثابت تكون لحظية عند المسافة عندما يراها مراقبون بسرعة عرضية ثابتة. أما بالنسبة للمدارات التي تتغير فيها السرعة (اتجاهها) ببطء، فإنها تكون شبه لانهائية.

يكون التجاذب نحو جسم يتحرك بسرعة ثابتة باتجاه موضعه اللحظي دون أي تأخير، سواءً كان ذلك بسبب الجاذبية أو الشحنة الكهربائية. في معادلة المجال المتوافقة مع النسبية الخاصة (أي معادلة ثابتة لورنتز)، يكون التجاذب بين الشحنات الساكنة المتحركة بسرعة نسبية ثابتة دائمًا باتجاه الموضع اللحظي للشحنة (في هذه الحالة، "الشحنة الجاذبية" للشمس)، وليس باتجاه موضع الشمس المتأخر زمنيًا. عندما يتحرك جسم في مدار بسرعة ثابتة ولكن سرعته متغيرة v ، يكون التأثير على المدار من رتبة v² / c² ، ويحافظ هذا التأثير على الطاقة والزخم الزاوي، بحيث لا تتلاشى المدارات.

التناظرات الكهروضوئية

في أواخر القرن التاسع عشر، بُذلت محاولات عديدة لدمج قانون نيوتن للقوة مع قوانين الديناميكا الكهربائية الراسخة، مثل تلك التي وضعها فيلهلم إدوارد فيبر ، وكارل فريدريش غاوس ، وبرنهارد ريمان ، وجيمس كلارك ماكسويل . لم تُبطل انتقادات لابلاس هذه النظريات، لأنها، على الرغم من اعتمادها على سرعات انتشار محدودة، تتضمن حدودًا إضافية تُحافظ على استقرار النظام الكوكبي. استُخدمت هذه النماذج لتفسير تقدم عطارد نحو نقطة الحضيض ، لكنها لم تُقدم قيمًا دقيقة. كان موريس ليفي استثناءً في عام 1890، الذي نجح في ذلك من خلال دمج قوانين فيبر وريمان، حيث تتساوى سرعة الجاذبية مع سرعة الضوء. مع ذلك، رُفضت هذه الفرضيات. [ 8 ] [ 9 ]

مع ذلك، كان أحد أهم هذه المحاولات نظرية بول جيربر ، الذي استنتج في عام 1898 الصيغة نفسها التي استنتجها أينشتاين لاحقًا لحساب تقدم نقطة الحضيض. وبناءً على تلك الصيغة، حسب جيربر سرعة انتشار الجاذبية.305000 كم/ث  ، أي ما يقارب سرعة الضوء. لكن اشتقاق جيربر للمعادلة كان خاطئًا، أي أن استنتاجاته لم تكن متسقة مع مقدماته، ولذلك لم يعتبرها الكثيرون (بمن فيهم أينشتاين) جهدًا نظريًا ذا قيمة. إضافةً إلى ذلك، كانت القيمة التي تنبأت بها لانحراف الضوء في مجال جاذبية الشمس أعلى من اللازم بمقدار 3/2 . [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]

نظريات الأثير

في عام 1900، حاول هندريك لورنتز تفسير الجاذبية استنادًا إلى نظريته عن الأثير ومعادلات ماكسويل . بعد اقتراحه (ورفضه) نموذجًا من نوع لو ساج ، افترض، كما فعل أوتافيانو فابريزيو موسوتي ويوهان كارل فريدريش زولنر، أن تجاذب الجسيمات ذات الشحنات المتعاكسة أقوى من تنافر الجسيمات ذات الشحنات المتشابهة. القوة المحصلة الناتجة هي ما يُعرف بالجاذبية الكونية، حيث تكون سرعة الجاذبية هي سرعة الضوء. يؤدي هذا إلى تعارض مع قانون الجاذبية لإسحاق نيوتن، الذي بيّن فيه لابلاس أن السرعة المحدودة للجاذبية تؤدي إلى نوع من الانحراف، وبالتالي تجعل المدارات غير مستقرة. مع ذلك، أوضح لورنتز أن النظرية لا تتأثر بنقد لابلاس، لأنه نظرًا لبنية معادلات ماكسويل، لا تظهر إلا التأثيرات من رتبة v²/ c² . لكن لورنتز حسب أن قيمة تقدم حضيض عطارد كانت منخفضة جدًا. كتب: [ 13 ]

ربما يمكن تعديل الصيغة الخاصة لهذه المصطلحات. ومع ذلك، فإن ما قيل كافٍ لإظهار أن الجاذبية يمكن أن تُعزى إلى أفعال تنتشر بسرعة لا تتجاوز سرعة الضوء.

في عام 1908، قام هنري بوانكاريه بدراسة نظرية الجاذبية للورنتز وصنفها على أنها متوافقة مع مبدأ النسبية، لكنه (مثل لورنتز) انتقد المؤشر غير الدقيق لتقدم نقطة الحضيض لكوكب عطارد. [ 14 ]

جادل هنري بوانكاريه في عام 1904 بأن سرعة انتشار الجاذبية التي تزيد عن سرعة الضوء (c) تتعارض مع مفهوم الزمن المحلي (القائم على التزامن بواسطة الإشارات الضوئية) ومبدأ النسبية . وكتب: [ 15 ]

ماذا سيحدث لو استطعنا التواصل بإشارات أخرى غير الضوء، تختلف سرعة انتشارها عن سرعة الضوء؟ إذا أردنا، بعد ضبط ساعاتنا بالطريقة المثلى، التحقق من النتيجة باستخدام هذه الإشارات الجديدة، فسنلاحظ اختلافات ناتجة عن الحركة الانتقالية المشتركة بين المحطتين. وهل من المستحيل تصور مثل هذه الإشارات، إذا أخذنا برأي لابلاس بأن الجاذبية الكونية تنتقل بسرعة تفوق سرعة الضوء بمليون مرة؟

مع ذلك، في عام 1905، حسب بوانكاريه أن التغيرات في مجال الجاذبية يمكن أن تنتشر بسرعة الضوء إذا افترضنا أن هذه النظرية تستند إلى تحويل لورنتز . وكتب: [ 16 ]

أثبت لابلاس عمليًا أن الانتشار إما فوري أو أسرع بكثير من انتشار الضوء. مع ذلك، درس لابلاس فرضية سرعة الانتشار المحدودة مع ثبات جميع العوامل الأخرى؛ وهنا، على النقيض، تقترن هذه الفرضية بالعديد من الفرضيات الأخرى، وقد يحدث بينها تعويض شبه كامل. وقد زودنا تطبيق تحويل لورنتز بأمثلة عديدة على ذلك.

اقترح هيرمان مينكوفسكي (1907) وأرنولد سومرفيلد (1910) نماذج مشابهة. إلا أن تلك المحاولات سرعان ما حلت محلها نظرية النسبية العامة لأينشتاين. [ 17 ] تفسر نظرية وايتهيد للجاذبية (1922) الانزياح الأحمر الجاذبي ، وانحناء الضوء، وانزياح الحضيض، وتأخير شابيرو . [ 18 ]

النسبية العامة

خلفية

تتنبأ النسبية العامة بأن الإشعاع الجاذبي يجب أن يوجد وينتشر كموجة بسرعة الضوء: سينتج مجال الجاذبية البطيء التطور والضعيف، وفقًا للنسبية العامة ، تأثيرات مثل تلك الخاصة بالجاذبية النيوتونية (فهي لا تعتمد على وجود الجرافيتونات، المذكورة أعلاه، أو أي جسيمات مماثلة تحمل القوة).

إن إزاحة أحد الجسيمات المتفاعلة جاذبياً كهربائياً بشكل مفاجئ، بعد تأخير يتوافق مع سرعة الضوء، سيؤدي إلى شعور الجسيم الآخر بغياب الجسيم المزاح: فقد أدت التسارعات الناتجة عن التغير في عزم رباعي الأقطاب للأنظمة النجمية، مثل نظام هولس-تايلور الثنائي ، إلى إزالة الكثير من الطاقة (ما يقرب من 2٪ من طاقة ناتج شمسنا) على شكل موجات جاذبية، والتي من الناحية النظرية ستسافر بسرعة الضوء.

في النسبية العامة، تُوصف الجاذبية بموتر من الدرجة الثانية، والذي يمكن وصفه، في حالة الجاذبية الضعيفة، بتقريب الجاذبية الكهرومغناطيسية . في المناقشة التالية، ستُسمى المكونات القطرية للموتر بالمكونات الجاذبية الكهربائية، بينما ستُسمى المكونات الأخرى بالمكونات الجاذبية المغناطيسية.

مجموعتان من الجسيمات تتفاعلان جاذبياً وكهربائياً، على سبيل المثال، كوكبان أو نجمان يتحركان بسرعة ثابتة بالنسبة لبعضهما البعض، يشعر كل منهما بقوة تجاه الموضع اللحظي للجسم الآخر دون تأخير سرعة الضوء لأن ثبات لورنتز يتطلب أن يكون ما يراه الجسم المتحرك في مجال ثابت وما يراه الجسم المتحرك الذي يصدر هذا المجال متناظراً.

إن عدم رؤية جسم متحرك لأي انحراف في مجال ثابت ينبعث من جسم ساكن يعني أن ثبات لورنتز يقتضي ألا تتأخر أو تنحرف خطوط المجال الصادرة من الجسم المتحرك (الآن) عن بُعد في إطار مرجعي للجسم المتحرك سابقًا . تُظهر الأجسام المشحونة المتحركة (بما في ذلك الأجسام التي تُصدر مجالات جاذبية ثابتة) خطوط مجال ثابتة لا تنحني مع المسافة ولا تُظهر أي تأثيرات لتأخير سرعة الضوء، كما تُرى من الأجسام المتحركة بالنسبة لها.

بمعنى آخر، بما أن المجال الكهرومغناطيسي، بحكم تعريفه، ثابت ومستمر، فإنه لا ينتشر. إذا تسارع مصدرٌ كهذا للمجال الثابت (كأن توقف مثلاً) بالنسبة لإطار مرجعي كان يتحرك فيه بسرعة ثابتة، فإن مجاله البعيد يستمر في التحديث كما لو أن الجسم المشحون استمر في الحركة بسرعة ثابتة. يؤدي هذا التأثير إلى ظهور المجالات البعيدة للشحنات المتحركة غير المتسارعة وكأنها "تُحدَّث" فوراً لحركتها بسرعة ثابتة، كما تُرى من مواقع بعيدة، في الإطار المرجعي الذي يتحرك فيه الجسم المصدر بسرعة ثابتة. مع ذلك، وكما ذُكر، يمكن إزالة هذا التأثير في أي وقت، بالانتقال إلى إطار مرجعي جديد يكون فيه الجسم المشحون البعيد ساكناً.

إنّ المكوّن الجاذبي الكهربائي الساكن والمستمر للحقل الجاذبي ليس مكوّنًا جاذبيًا مغناطيسيًا (إشعاعًا جاذبيًا)؛ انظر تصنيف بيتروف . الحقل الجاذبي الكهربائي حقل ساكن، وبالتالي لا يمكنه نقل معلومات كمية (منفصلة) بسرعة تفوق سرعة الضوء، أي أنه لا يمكن أن يشكّل سلسلة منتظمة من النبضات تحمل معنى محددًا (وينطبق هذا أيضًا على الجاذبية والكهرومغناطيسية).

انحراف اتجاه المجال في النسبية العامة، بالنسبة لمراقب متسارع بشكل ضعيف

لا تؤدي السرعة المحدودة للتفاعل الجاذبي في النسبية العامة إلى مشاكل انحراف الجاذبية التي شغلت بال نيوتن في الأصل، لعدم وجود مثل هذا الانحراف في تأثيرات المجال الساكن. ولأن تسارع الأرض بالنسبة للشمس ضئيل (أي، بتقريب جيد، يمكن اعتبار الجسمين يتحركان في خطوط مستقيمة متجاورين بسرعة ثابتة)، فإن نتائج المدارات المحسوبة باستخدام النسبية العامة تتطابق مع نتائج جاذبية نيوتن ذات التأثير اللحظي عن بُعد، لأنها تُنمذج بسلوك مجال ساكن ذي حركة نسبية بسرعة ثابتة، دون أي انحراف في القوى المؤثرة. [ 19 ] ورغم أن الحسابات أكثر تعقيدًا، يمكن إثبات أن المجال الساكن في النسبية العامة لا يعاني من مشاكل الانحراف كما يراها مراقب غير متسارع (أو مراقب متسارع بشكل طفيف، كالأرض). وبالمثل، فإن "الحد الساكن" في نظرية جهد ليينارد-فيشرت الكهرومغناطيسي للحقول الناتجة عن شحنة متحركة لا يعاني من أي انحراف أو تأخر موضعي. فقط الحد المقابل للتسارع والانبعاث الكهرومغناطيسي في جهد ليينارد-فيشرت يُظهر اتجاهًا نحو الموضع المتأخر زمنيًا للمُصدر.

في الواقع، ليس من السهل بناء نظرية جاذبية متسقة ذاتيًا ينتشر فيها التفاعل الجاذبي بسرعة تختلف عن سرعة الضوء، مما يعقد مناقشة هذا الاحتمال. [ 20 ]

الاصطلاحات الشكلية

في النسبية العامة، يرمز موتر القياس إلى الجهد التثاقلي ، بينما ترمز رموز كريستوفيل في فضاء الزمكان إلى مجال القوة التثاقلية . ويرتبط مجال التثاقل المدّي بانحناء الزمكان .

القياسات

بالنسبة للقارئ الذي يرغب في الحصول على خلفية أعمق، تظهر مراجعة شاملة لتعريف سرعة الجاذبية وقياسها باستخدام تقنيات القياس الفلكي عالية الدقة وغيرها من التقنيات في كتاب " الميكانيكا السماوية النسبية في النظام الشمسي" . [ 21 ]

اضمحلال مداري لـ PSR 1913+16

يمكن حساب سرعة الجاذبية (أو بالأحرى سرعة موجات الجاذبية ) من خلال رصد معدل اضمحلال مدارات النجمين النابضين الثنائيين PSR 1913+16 (نظام هولس-تايلور الثنائي المذكور سابقًا) و PSR B1534+12 . تتلاشى مدارات هذين النجمين النابضين نتيجة فقدان الطاقة على شكل إشعاع جاذبي. يمكن قياس معدل فقدان الطاقة هذا (" التخميد الجاذبي ")، وبما أنه يعتمد على سرعة الجاذبية، فإن مقارنة القيم المقاسة بالنظرية تُظهر أن سرعة الجاذبية تساوي سرعة الضوء بدقة تصل إلى 1%. [ 22 ] مع ذلك، ووفقًا لصيغة ما بعد نيوتن المُعَلمة ، فإن قياس سرعة الجاذبية بمقارنة النتائج النظرية بالنتائج التجريبية يعتمد على النظرية المستخدمة؛ إذ إن استخدام نظرية أخرى غير النسبية العامة قد يُظهر، من حيث المبدأ، سرعة مختلفة، على الرغم من أن وجود التخميد الجاذبي بحد ذاته يعني أن السرعة لا يمكن أن تكون لانهائية.

احتجاب كوكب المشتري للنجم QSO J0842+1835 (محل خلاف)

في سبتمبر  2002، أعلن سيرجي كوبيكين وإدوارد فومالونت أنهما قاما بقياس سرعة الجاذبية بشكل غير مباشر، باستخدام بياناتهما من قياس التداخل ذي الخط الأساسي الطويل جدًا لموقع كوكب المشتري المتأخر في مداره أثناء عبوره خط الرؤية لمصدر الراديو الساطع الكوازار QSO J0842+1835 . وخلص كوبيكين وفومالونت إلى أن سرعة الجاذبية تتراوح بين 0.8 و1.2 ضعف سرعة الضوء، وهو ما يتوافق تمامًا مع التنبؤ النظري للنسبية العامة بأن سرعة الجاذبية هي نفسها سرعة الضوء. [ 23 ] 

انتقد العديد من الفيزيائيين، بمن فيهم كليفورد إم. ويل وستيف كارليب ، هذه الادعاءات بدعوى أنها أساءت تفسير نتائج قياساتهم. والجدير بالذكر أنه قبل العبور الفعلي، افترض هيديكي أسادا في ورقة بحثية نُشرت في مجلة رسائل الفيزياء الفلكية أن التجربة المقترحة كانت في جوهرها تأكيدًا غير مباشر لسرعة الضوء بدلًا من سرعة الجاذبية. [ 24 ]

من المهم التذكير بأن أياً من المتناظرين في هذا الجدل لا يدّعي أن النسبية العامة "خاطئة". بل إن القضية المتنازع عليها هي ما إذا كان كوبيكين وفومالونت قد قدّما بالفعل تأكيداً آخر لأحد تنبؤاتها الأساسية.

مع ذلك، واصل كوبيكين وفومالونت الدفاع بقوة عن حجتهما وعن طريقة عرض نتائجهما في المؤتمر الصحفي للجمعية الفلكية الأمريكية، الذي عُقد بعد مراجعة نتائج تجربة جوفيان من قبل خبراء اللجنة العلمية المنظمة للجمعية. وفي منشور لاحق لكوبيكين وفومالونت، استخدما فيه صيغة ثنائية القياس تقسم مخروط الزمكان الصفري إلى قسمين - أحدهما للجاذبية والآخر للضوء - زعم المؤلفان أن ادعاء أسادا غير سليم نظريًا. [ 25 ] يتداخل المخروطان الصفريان في النسبية العامة، مما يجعل تتبع تأثيرات سرعة الجاذبية أمرًا صعبًا ويتطلب تقنية رياضية خاصة بالجهود الكامنة المتأخرة للجاذبية، والتي طورها كوبيكين وزملاؤه [ 26 ] [ 27 ]، لكن أسادا و/أو النقاد الآخرين لم يستخدموها بشكل صحيح.

جادل ستيوارت صموئيل أيضًا بأن التجربة لم تقيس سرعة الجاذبية فعليًا لأن التأثيرات كانت ضئيلة جدًا بحيث لا يمكن قياسها. [ 28 ] ويعارض كوبيكين وفومالونت هذا الرأي في ردهما. [ 29 ]

GW170817 وموت نجمين نيوترونيين

يُعدّ رصد موجة الجاذبية GW170817 في عام 2017، وهي خاتمة عملية اندماج نجم نيوتروني تم رصدها عبر موجات الجاذبية وأشعة غاما على بُعد 130 مليون سنة ضوئية، أفضل حدٍّ حتى الآن للفرق بين سرعة الضوء وسرعة الجاذبية. تم رصد الفوتونات  بعد 1.7 ثانية من ذروة انبعاث موجات الجاذبية؛ وبافتراض تأخير يتراوح بين صفر و10  ثوانٍ، فإن الفرق بين سرعات موجات الجاذبية والموجات الكهرومغناطيسية، v<sub> GW</sub> − v<sub> EM </sub>، محصور بين−3 × 10 −15 و+7 × 10⁻¹⁶ ضعف سرعة الضوء. مع ذلك، فقد طُعن في هذا الاستنتاج من خلال أبحاث مستقلة تشير إلى أن الرصد الفلكي للمستعر الأعظم SN 1987A والمجرات البعيدة JADES لا يتوافق مع افتراض أن سرعة الجاذبية تساوي سرعة الضوء . [ 30 ] [ 31 ]

كما استبعد هذا بعض البدائل للنسبية العامة ، بما في ذلك متغيرات نظرية القياس-الموتر ، [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ] [ 35 ] وحالات نظرية هورنديسكي ، [ 36 ] وجاذبية هورافا-ليفشيتز . [ 37 ] [ 38 ] [ 39 ]

ملحوظات

  1. ↑ القيمة الدقيقة: (299 792 458 × 60 × 60 × 24 /149,597,870,700 ) وحدة نقدية / يوم
  2. ↑ القيمة الدقيقة: (999 992 651 π /10246429500 ) قطعة / سنة

مراجع

  1. ↑ لارسون، رون؛ هوستتلر، روبرت ب. (2007). الجبر الابتدائي والمتوسط: دورة مشتركة، طبعة دعم الطلاب (الطبعة المصورة الرابعة  ). سينجايج ليرنينج. ص  197. ISBN 978-0-618-75354-3.
  2. ↑ فلاناغان إي إي، هيوز إس إيه (2005). "أساسيات نظرية الموجات الثقالية" . المجلة الجديدة للفيزياء . 7 (1): 204. arXiv : gr-qc/0501041 . Bibcode : 2005NJPh....7..204F . doi : 10.1088/1367-2630/7/1/204 .
  3. ↑ هارتل، جيه بي (2003). الجاذبية: مقدمة في النسبية العامة لأينشتاين . سان فرانسيسكو: أديسون-ويسلي . ص 332-333 . ISBN  978-0-8053-8662-2.
  4. ↑ تايلور، إدوين ف .؛ ويلر، جون أرشيبالد (1991). فيزياء الزمكان ( الطبعة الثانية). ص 12.  
  5. ^ فيرير يو لو (1859). "Lettre de M. Le Verrier à M. Faye sur la théorie de Mercure et sur le mouvement du périhélie de cette Planet" . سي آر أكاد. الخيال العلمي . 49 : 379 – 383.
  6. 1 2 لابلاس، PS : (1805) "رسالة في الميكانيكا السماوية" ، المجلد الرابع، الكتاب العاشر، الفصل السابع، ترجمة ن. بوديتش (تشيلسي، نيويورك، 1966)
  7. ↑ براون، كيفن س. "لابلاس حول سرعة الجاذبية" . صفحات الرياضيات . تم الاسترجاع في 9 مايو 2019 .
  8. ^ زينيك، ج. (1903). "الجاذبية" . Encyklopädie der Mathematischen Wissenschaften mit Einschluss ihrer Anwendungen (باللغة الألمانية). المجلد. 5. الصفحات من 25 إلى 67. دوى : 10.1007/978-3-663-16016-8_2 . رقم ISBN   978-3-663-15445-7.{{cite book}}عدم توافق رقم ISBN / التاريخ ( مساعدة )
  9. ↑ روزيفير، ن. ت. (1982). حضيض عطارد، من ليفرييه إلى أينشتاين . أكسفورد: مطبعة الجامعة. ISBN 978-0-19-858174-1.
  10. ^ جربر، ص. (1898). "Die räumliche und zeitliche Ausbreitung der Gravitation" . Zeitschrift für Mathematische Physik (باللغة الألمانية). 43 : 93 – 104. 
  11. ↑ زينك، الصفحات 49-51
  12. ↑ "جاذبية جيربر" . صفحات الرياضيات . تم الاطلاع عليه في 2 ديسمبر 2010 .
  13. ↑ لورنتز، هـ. أ. (1900). "اعتبارات حول الجاذبية" . وقائع أكاديمية أمستردام . 2 : 559-574 . 
  14. ^ بوانكاريه، هـ. (1908). "ديناميكية الإلكترون" (PDF) . Revue Générale des Sciences Pures et Appliquées . 19 : 386 – 402.أعيد طبعه في كتاب بوانكاريه، الأعمال، المجلد التاسع، ص 551-586 وفي كتاب "العلم والمنهج" (1908).
  15. ^ بوانكاريه، هنري (1904). "الحالة الحالية وبداية الفيزياء الرياضية". نشرة العلوم الرياضية . 28 (2): 302 – 324.الترجمة الإنجليزية في: بوانكاريه، هنري (1905). "مبادئ الفيزياء الرياضية" . في: روجرز، هوارد ج. (محرر). مؤتمر الفنون والعلوم، المعرض العالمي، سانت لويس، 1904. المجلد 1. بوسطن ونيويورك: هوتون، ميفلين وشركاه. الصفحات 604-622 .  أُعيد نشرها في كتاب "قيمة العلم"، الفصول 7-9
  16. ^ بوانكاريه، هـ. (1906). "Sur la dynamique de l'électron" (PDF) . Rendiconti del Circolo Matematico di Palermo (بالفرنسية). 21 (1): 129– 176. بيب كود : 1906RCMP...21..129P . دوى : 10.1007/BF03013466 . S2CID 120211823 . انظر أيضاً إلى الترجمة الإنجليزية .
  17. ↑ والتر، سكوت أ. (2007). رين، ج.؛ شيميل، م. (محرران). "كسر المتجهات الرباعية: الحركة رباعية الأبعاد في الجاذبية، 1905-1910" . نشأة النسبية العامة . 3. برلين: 193-252 . Bibcode : 2007ggr..conf..193W .
  18. ↑ ويل، كليفورد وجيبونز، غاري. " حول الموت المتعدد لنظرية وايتهيد للجاذبية "، سيتم تقديمه إلى دراسات في تاريخ وفلسفة الفيزياء الحديثة (2006).
  19. ↑ كارليب، س. (2000). "الانحراف وسرعة الجاذبية". رسائل الفيزياء أ . 267 ( 2-3 ): 81-87 . arXiv : gr-qc/9909087 . Bibcode : 2000PhLA..267...81C . doi : 10.1016/S0375-9601(00)00101-8 . S2CID 12941280 . 
  20. ↑
  21. ↑ كوبيكين، إس.؛ إفرويمسكي، إم. وكابلان، جي. (2011). الميكانيكا السماوية النسبية في النظام الشمسي . وايلي-في سي إتش.
  22. ↑ ويل، سي. (2001). "المواجهة بين النسبية العامة والتجربة" . مراجعات حية في النسبية . 4 (1) 4. arXiv : gr-qc/0103036 . Bibcode : 2001LRR.....4....4W . doi : 10.12942 / lrr-2001-4 . PMC 5253802. PMID 28163632 .  
  23. ↑ فومالونت، إد وكوبيكين، سيرجي (2003). "قياس انحراف الضوء من كوكب المشتري: نتائج تجريبية". المجلة الفيزيائية الفلكية . 598 (1): 704-711 . arXiv : astro-ph/0302294 . Bibcode : 2003ApJ...598..704F . doi : 10.1086/378785 . S2CID 14002701 . 
  24. ↑ أسادا، هيديكي (2002). "تأثير مخروط الضوء وتأخير شابيرو الزمني". رسائل المجلة الفيزيائية الفلكية . 574 (1): L69– L70. arXiv : astro-ph/0206266 . Bibcode : 2002ApJ...574L..69A . doi : 10.1086/342369 . S2CID 14589086 . 
  25. ↑ كوبيكين، إس إم وفومالونت، إي بي (2006). "الانحراف والسرعة الأساسية للجاذبية في تجربة انحراف المشتري". أسس الفيزياء . 36 (8): 1244-1285 . arXiv : astro-ph/0311063 . Bibcode : 2006FoPh...36.1244K . doi : 10.1007/s10701-006-9059-7 . S2CID 53514468 . 
  26. ↑ كوبيكين، إس إم وشيفر، جي. (1999). "نظرية لورنتز المتغيرة لانتشار الضوء في حقول الجاذبية للأجسام المتحركة عشوائيًا". مجلة Physical Review D. 60 (12): id. 124002. arXiv : gr-qc/9902030 . Bibcode : 1999PhRvD..60l4002K . doi : 10.1103/PhysRevD.60.124002 . S2CID 53640560 .   
  27. ↑ كوبيكين، إس إم وماشون، ب. (2002). "التأثيرات المغناطيسية الجاذبية في انتشار الموجات الكهرومغناطيسية في مجالات جاذبية متغيرة لأجسام متحركة ودوارة بشكل عشوائي". مجلة Physical Review D. 65 (6): id. 064025. arXiv : gr-qc/0110101 . Bibcode : 2002PhRvD..65f4025K . doi : 10.1103/PhysRevD.65.064025 . S2CID 9505866 .   
  28. ↑ صموئيل، ستيوارت (2003). "حول سرعة الجاذبية وتصحيحات v/c لتأخير شابيرو الزمني". رسائل المراجعة الفيزيائية . 90 (23) 231101. arXiv : astro-ph/0304006 . Bibcode : 2003PhRvL..90w1101S . doi : 10.1103 /PhysRevLett.90.231101 . PMID 12857246. S2CID 15905017 .  
  29. ↑ كوبيكين، سيرجي وفومالونت، إدوارد (2006). "حول سرعة الجاذبية وتصحيحات v / c النسبية لتأخير شابيرو الزمني". رسائل الفيزياء أ . 355 (3): 163-166 . arXiv : gr-qc/0310065 . Bibcode : 2006PhLA..355..163K . doi : 10.1016/j.physleta.2006.02.028 . S2CID 12121566 . 
  30. ^ ماتيتسين ، دميتري ك. (2025). " سرعة موجات الجاذبية وسرعة النيوترينوات " . ناوكوسفرا (بالروسية). 5 (2): 192– 199. دوى : 10.5281/zenodo.15495652 .
  31. ↑ أبوت، بي بي؛ وآخرون (2017). "موجات الجاذبية وأشعة غاما الناتجة عن اندماج نجمين نيوترونيين: GW170817 وGRB 170817A" . رسائل المجلة الفيزيائية الفلكية . 848 (2): L13. arXiv : 1710.05834 . Bibcode : 2017ApJ...848L..13A . doi : 10.3847/2041-8213/aa920c . 
  32. ↑ لومبريزر، لوكاس وتايلور، آندي (28 سبتمبر 2015). "كسر حالة الانحلال المظلم باستخدام الموجات الثقالية". مجلة علم الكونيات وفيزياء الجسيمات الفلكية . 2016 (3): 031. arXiv : 1509.08458 . Bibcode : 2016JCAP...03..031L . doi : 10.1088/1475-7516/2016/03/031 . S2CID 73517974 . 
  33. ↑ لومبريزر، لوكاس وليما، نيلسون (2017). "تحديات التسارع الذاتي في الجاذبية المعدلة من الموجات الثقالية والبنية واسعة النطاق". رسائل الفيزياء ب . 765 : 382-385 . arXiv : 1602.07670 . Bibcode : 2017PhLB..765..382L . doi : 10.1016/j.physletb.2016.12.048 . S2CID 118486016 .  
  34. ↑ "قد تنتهي قريبًا رحلة البحث عن حل لغز نظرية أينشتاين" . phys.org . 10 فبراير 2017. تم الاطلاع عليه بتاريخ 10 فبراير 2017 .
  35. ↑ "معركة نظرية: الطاقة المظلمة في مواجهة الجاذبية المعدلة" . arstechnica.co.uk . 25 فبراير 2017. تم الاطلاع عليه بتاريخ 27 أكتوبر 2017 .
  36. ↑ بيتوني، داريو؛ إزكياغا، خوسيه ماريا؛ هينتربيشلر، كورت؛ زومالاكارغي، ميغيل (14 أبريل 2017). "سرعة موجات الجاذبية ومصير جاذبية الموتر القياسي". مجلة Physical Review D. 95 ( 8) 084029. arXiv : 1608.01982 . Bibcode : 2017PhRvD..95h4029B . doi : 10.1103/PhysRevD.95.084029 . ISSN 2470-0010 . S2CID 119186001 .  
  37. ↑ كريمينيلي، باولو وفيرنيزي، فيليبو (16 أكتوبر 2017). "الطاقة المظلمة بعد GW170817". رسائل المراجعة الفيزيائية . 119 (25) 251302. arXiv : 1710.05877 . Bibcode : 2017PhRvL.119y1302C . doi : 10.1103/ PhysRevLett.119.251302 . PMID 29303308. S2CID 206304918 .  
  38. ↑ ساكستين، جيريمي وجين، بوفنيش (16 أكتوبر 2017). "آثار اندماج النجوم النيوترونية GW170817 على نظريات القياس-الموتر الكونية". مجلة Physical Review Letters . 119 (25) 251303. arXiv : 1710.05893 . Bibcode : 2017PhRvL.119y1303S . doi : 10.1103/PhysRevLett.119.251303 . PMID 29303345. S2CID 39068360 .  
  39. ↑ إزكياغا، خوسيه ماريا وزومالاكارغي، ميغيل (16 أكتوبر 2017). "الطاقة المظلمة بعد GW170817". رسائل المراجعة الفيزيائية . 119 (25) 251304. arXiv : 1710.05901 . Bibcode : 2017PhRvL.119y1304E . doi : 10.1103/ PhysRevLett.119.251304 . PMID 29303304. S2CID 38618360 .  

للمزيد من القراءة