ננסה להסביר את עקרונות תורת היחסות הכללית בצורה אינטואיטיבית.
בתורת היחסות הכללית אנו מתארים את הכבידה כעקמומיות במרחב-זמן ולא ככוח שפועל בין גופים.
מסה מעקמת את המרחב סביבה, באופן שמשנה את ההגדרה של קווים ישרים, כך שתנועה בקו ישר לידה אינה נראית ככזו מרחוק. המסה גורמת לגופים הנעים לידה לנוע באופן שייראה כסטייה ממסלול ישר.
על פי תורת היחסות חומר מכתיב למרחב-זמן איך להתעקם ומרחב-זמן עקום אומר לחומר איך לנוע.
רעיון התאוצה ואיך הוא מתקשר לכבידה בא מעיקרון השקילות אשר על פיו איננו יכולים להבחין בין מערכת הנמצאת תחת השפעת שדה כבידה אחיד, לבין מערכת הנמצאת בתנועה שוות תאוצה בהתאם.
גופים הנופלים נפילה חופשית עקב כבידה מאיצים באותה תאוצה, או במילים אחרות הם נעים באותו אופן כאילו אין פועל עליהם כוח כבידה. מה שנראה לנו כתוצאה של כבידה הוא למעשה תוצאה של מרחב-זמן עקום.
ניקח את פני כדור הארץ (כדור עגול): זוהי מערכת עקומה. אנו מתארים קו ישר במערכת עקומה כמסלול הקצר ביותר בין שתי נקודות, קו הנקרא קו גיאודזי.
על פני כדור עגול קווי האורך הם למעשה קווים גאודזיים. אם ניקח שני גופים שנעים מקו המשווה במהירות שווה ישר אל עבר הקוטב הצפוני אנו נבחין ששני הגופים נעים תחילה במקביל אחד לשני. אך עם הזמן אנו נבחין שהם מתחילים להתקרב זה לזה (ראו איור).
באופן זה אנו יכולים לנסות להבין את תורת היחסות הכללית. אם המרחב-זמן שלנו הינו עקום כך ששני קווים גאודזיים בכיוון הזמן מתקרבים אחד לשני, אזי שני גופים שהיו במנוחה ביחס אחד לשני יתחילו להתקרב כאילו ישנו כוח המושך אותם. כוח זה הוא למעשה כוח הכבידה. על פי תיאור זה אנו מבינים שתורת היחסות הכללית באה ללמדנו שכוח הכבידה הינו למעשה כוח גיאומטרי.
תאור מרחב-זמן עקום: נדמיין לעצמנו יריעת גומי מתוחה (המרחב-זמן העקום שלנו) שעליה מונחים כדורים (הגופים, המסות). ככל שכדור (מסה) יהיה כבד יותר, הוא יצור שקע גדול יותר בירעית הגומי (המרחב-זמן), ראו איור:
.jpg)
נחזור כעת למכניקה הקלאסית של ניוטון: לפי החוק הראשון של ניוטון גוף שלא פועל עליו כוח ינוע בתנועה קצובה על קו ישר.
על פי תורת היחסות הכללית, גוף שלא פועלים עליו כוחות ינוע לאורך קו גאודזי במרחב-זמן.
מן המשתמע מכך אנו למדים שעל פי תורת היחסות הכללית, ללא גרוויטציה (כוח כבידה)
המרחב-זמן הינו שטוח דהיינו לא עקום. כלומר, ללא כוח כבידה התנועה של הגופים תהיה במהירות קבועה לאורך קווים ישרים במרחב (ניוטון). על פי חוקי המכניקה הקלאסית (ניוטון)
המרחב והזמן הינם קבועים וכבידה הינה הכוח שמפעילים 2 גופים זה על זה. אולם על פי תורת היחסות הכללית, שדה הכבידה הוא בעצם לא שדה של כוח (כמו השדה האלקטרומגנטי) אלא הוא בעצם עקמומיות במרחב-זמן שנוצרת מנוכחות של מסה ואנרגיה.
מאת: חיים ברק
המחלקה לפיזיקה של חלקיקים ואסטרופיזיקה
מכון ויצמן למדע
הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.
