صفحة 26 - كتاب الفيزياء - الصف 11 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

📚 النسبية العامة وتأثير الكتلة على الفضاء

المفاهيم الأساسية

النظرية النسبية العامة: نظرية أينشتاين الهندسية للجاذبية، والتي تنص على أن الجاذبية ليست مجرد قوة، بل هي تأثير ناتج عن انحناء الفضاء (الزمكان) بسبب وجود الكتلة.

انحراف الضوء: تنبأت نظرية أينشتاين بأن الضوء ينحرف عن مساره المستقيم عند مروره بالقرب من أجسام ذات كتل كبيرة جداً، لأنه يتبع الفضاء المنحني حولها.

خريطة المفاهيم

```markmap

نوعا الكتلة

كتلة القصور

التعريف

#### m = \frac{F_{\text{محصلة}}}{a}

#### نسبة القوة المحصلة إلى التسارع

القياس

#### باستخدام ميزان القصور (الشكل 13-1)

#### التأثير بقوة وقياس التسارع

المفهوم

#### مقياس لممانعة الجسم لأي قوة

#### كلما زادت الكتلة قل التسارع لنفس القوة

كتلة الجاذبية

التعريف

#### الكتلة في قانون نيوتن للجذب الكوني

#### تحدد قوة الجاذبية بين جسمين

القياس

#### باستخدام الميزان ذي الكفتين (الشكل 14-1)

#### بمقارنة قوة جذب الأرض للجسم بقوة جذبها لكتل معيارية

#### m_{\text{الجاذبية}} = \frac{F_{\text{الجاذبية}} \cdot r^2}{G \cdot m}

مبدأ التكافؤ

الإعلان

#### نيوتن أعلن تساوي كتلة القصور وكتلة الجاذبية مقداراً

التجارب

#### جميع التجارب حتى الآن تدعم صحة المبدأ

الأهمية

#### نقطة رئيسية في نظرية أينشتاين عن الجاذبية

التطور التاريخي لعلم الفلك

نظرية مركزية الأرض (أرسطو)

#### القرن الرابع قبل الميلاد

#### الكواكب والشمس والقمر والنجوم تدور حول الأرض

نظرية مركزية الشمس (كوبرنيكس)

#### عام 1543 م

#### الكواكب تدور حول الشمس

إسهامات المسلمين في علم الفلك

#### لمعرفة أوقات الصلاة واتجاه القبلة ورؤية هلال رمضان

#### اخترعوا حسابات وطرائق بديعة

#### خلّصوا العلم من الشعوذة وجعلوه يعتمد على النظرية والبرهان

قوانين كبلر

#### أول من وضع نظاماً لوصف تفاصيل حركة الكواكب

#### مدارات إهليلجية حول الشمس

#### لم ينجح في صياغة نظرية تدعم قوانينه

قانون نيوتن في الجذب الكوني

#### يفسر حركة الكواكب

#### يفسر الإشكالات التي لم تستطع قوانين كبلر تفسيرها

#### يمكن حساب قوة الجاذبية المتبادلة بين جسمين

نظرية أينشتاين في الجاذبية

#### مفهوم مجال الجاذبية

##### يتيح تصور تأثير الجاذبية بين الأجسام البعيدة

#### الفرضية الأساسية

##### الجاذبية ليست مجرد قوة

##### هي تأثير من الفضاء (الزمكان) نفسه

#### فكرة الزمكان المنحني

##### الكتل تغير الفضاء (الزمكان) المحيط بها فتجعلهم منحنياً

##### تتسارع الأجسام بسبب طريقة سيرها في هذا الفضاء المنحني

#### النظرية النسبية العامة (1916)

##### نظرية هندسية للجاذبية

##### الوصف الحالي للجاذبية في الفيزياء الحديثة

##### تعميم للنسبية الخاصة وقانون نيوتن

##### وصف موحد للجاذبية كخاصية هندسية للزمكان

#### تنبؤات وتأكيدات

##### تنبأت بموجات الجاذبية (تموجات في نسيج الزمكان)

##### رصد موجات الجاذبية (جائزة نوبل في الفيزياء 2017)

##### انحراف الضوء

###### تنبأت النظرية بانحراف الضوء عند مروره بجوار أجسام ذات كتل كبيرة

###### يتبع الضوء الفضاء المنحني حول الكتلة

###### تم التأكد من ذلك عملياً أثناء كسوف الشمس سنة 1919م

```

نقاط مهمة

• تسبب الكتلة انحناءً في نسيج الفضاء (الزمكان)، تماماً كما يسبب جسم ثقيل انحناءً في شبكة مطاطية.
• الأجسام المتحركة بالقرب من كتلة كبيرة تسلك مساراً منحنياً في هذا الفضاء المنحني (مثل حركة كوكب حول نجم).
• تتسارع الأجسام (مثل الأرض والشمس) بسبب طريقة تشوه الفضاء الناتج عن كتلتها.
• من تنبؤات النظرية النسبية العامة: انحراف الضوء عند مروره بالقرب من أجسام ذات كتل كبيرة جداً.
• تم تأكيد انحراف الضوء عملياً عام 1919م، عندما لاحظ علماء الفلك انحراف ضوء النجوم البعيدة أثناء مروره قرب الشمس في وقت الكسوف.

الشكل 16-1 تسبب المادة انحناء الفضاء (الزمكان) تماما كما يؤثر جسم في شبك مطاطي حوله الأجسام المتحركة بالقرب من الكتلة تسلك مسارا منحنيا في الفضاء. تتحرك الكرة الحمراء في اتجاه حركة عقارب الساعة حول الكتلة المركزية.

من طرق تصور كيفية تأثر الفضاء بالكتلة، مقارنة الفضاء بشبكة كبيرة من المطاط ثنائية الأبعاد، كما هو موضح في الشكل 16- 1، حيث تمثل الكرة الصفراء جسما كتلته كبيرة جدا على الشبكة، وهي تسبب الانحناء. والكرة الحمراء تدور عبر الشبكة، وتحاكي حركة كوكب حول نجم في الفضاء (الزمكان).

تتسارع الكرة الحمراء عندما تتحرك بالقرب من المنطقة المنحنية من الشبكة. وبالطريقة نفسها فإن كلا من الشمس والأرض تجذب الأخرى؛ بسبب طريقة تشوه الفضاء الناجم عن الجسمين.

وقد تنبأت نظرية أينشتاين - التي تسمى النظرية النسبية العامة ـ بعدة تنبؤات حول كيفية تأثير الأجسام ذات الكتل الكبيرة بعضها في بعض. وقد أعطت نتائج صحيحة لكل الاختبارات التي أجريت في الفترات اللاحقة.

انحراف الضوء تنبأت نظرية أينشتاين بانحراف الضوء عند مروره بالقرب من أجسام ذات كتل كبيرة جدًّا، حيث يتبع الضوء الفضاء المنحني حول الأجسام ذات الكتل الكبيرة مما يؤدي إلى انحنائه، كما هو موضح في الشكل 17 -1.

لاحظ علماء الفلك في أثناء كسوف الشمس سنة 1919م أن الضوء القادم من النجوم البعيدة، الذي يمر بالقرب من الشمس، قد انحرف عن مساره بما يحقق تنبؤات أينشتاين.

الشكل 17-1 الضوء القادم من و من نتائج النسبية العامة أيضًا تأثير الأجسام ذات الكتل الكبيرة في الضوء. النجوم البعيدة يتأثر بمجال جاذبية فإذا كانت كتلة الجسم كبيرة جدا وكثافته كبيرة بشكل كاف فإن الضوء الخارج الشمس الرسم للتوضيح ولا يمثل مقياس رسم حقيقي.

الشكل 16-1 تسبب المادة انحناء الفضاء (الزمكان) تماما كما يؤثر جسم في شبك مطاطي حوله الأجسام المتحركة بالقرب من الكتلة تسلك مسارا منحنيا في الفضاء. تتحرك الكرة الحمراء في اتجاه حركة عقارب الساعة حول الكتلة المركزية. من طرق تصور كيفية تأثر الفضاء بالكتلة، مقارنة الفضاء بشبكة كبيرة من المطاط ثنائية الأبعاد، كما هو موضح في الشكل 16- 1، حيث تمثل الكرة الصفراء جسما كتلته كبيرة جدا على الشبكة، وهي تسبب الانحناء. والكرة الحمراء تدور عبر الشبكة، وتحاكي حركة كوكب حول نجم في الفضاء (الزمكان). تتسارع الكرة الحمراء عندما تتحرك بالقرب من المنطقة المنحنية من الشبكة. وبالطريقة نفسها فإن كلا من الشمس والأرض تجذب الأخرى؛ بسبب طريقة تشوه الفضاء الناجم عن الجسمين. وقد تنبأت نظرية أينشتاين - التي تسمى النظرية النسبية العامة ـ بعدة تنبؤات حول كيفية تأثير الأجسام ذات الكتل الكبيرة بعضها في بعض. وقد أعطت نتائج صحيحة لكل الاختبارات التي أجريت في الفترات اللاحقة. انحراف الضوء تنبأت نظرية أينشتاين بانحراف الضوء عند مروره بالقرب من أجسام ذات كتل كبيرة جدًّا، حيث يتبع الضوء الفضاء المنحني حول الأجسام ذات الكتل الكبيرة مما يؤدي إلى انحنائه، كما هو موضح في الشكل 17 -1. لاحظ علماء الفلك في أثناء كسوف الشمس سنة 1919م أن الضوء القادم من النجوم البعيدة، الذي يمر بالقرب من الشمس، قد انحرف عن مساره بما يحقق تنبؤات أينشتاين. الشكل 17-1 الضوء القادم من و من نتائج النسبية العامة أيضًا تأثير الأجسام ذات الكتل الكبيرة في الضوء. النجوم البعيدة يتأثر بمجال جاذبية فإذا كانت كتلة الجسم كبيرة جدا وكثافته كبيرة بشكل كاف فإن الضوء الخارج الشمس الرسم للتوضيح ولا يمثل مقياس رسم حقيقي. --- VISUAL CONTEXT --- **FIGURE**: N/A Description: A diagram illustrating the curvature of space-time due to a massive object. A grid represents space-time, and a yellow sphere represents a massive object causing the grid to bend. A red line with spheres represents the path of an object moving around the massive object. Table Structure: Headers: N/A Data: N/A Context: Illustrates how massive objects warp space-time, affecting the paths of other objects. **DIAGRAM**: N/A Description: A diagram illustrating the bending of light due to the gravity of the sun. The diagram shows the sun, earth, and a distant star. A dotted line shows the actual position of the star, and a solid line shows the apparent position of the star due to the bending of light. Table Structure: Headers: N/A Data: N/A Context: Illustrates how the gravity of massive objects can bend light, as predicted by Einstein's theory of general relativity.