كيف يساعدنا القمر في تأكيد نسبية أينشتاين

غالبًا ما يكون من الممكن استخدام البيانات المجمعة لغرض واحد لدراسة شيء آخر. على سبيل المثال، أ ورقة حديثة استخدمت ما يعادل نصف قرن من ملاحظات مدار القمر لإجراء اختبارات دقيقة ودقيقة لطبيعة الجاذبية، بالإضافة إلى بعض الافتراضات الأساسية التي ساهمت في استخلاص نظرية النسبية العامة لأينشتاين.

كتلة واحدة، ثلاث وظائف

يمكن التفكير في الكتلة على أنها مقدار “المادة” التي يتكون منها الجسم. وهو ما يسبب قوة الجاذبية بين جسمين، وهو ما يجعل الأجسام صعبة الحركة. في الأساس، فهو يخدم ثلاث وظائف مختلفة. أولاً، تولد الكتلة مجال جاذبية من شأنه أن يؤثر بقوة على الأجسام الأخرى، لذلك يمكننا أن نطلق على هذه “كتلة الجاذبية النشطة”. ثانيًا، يمكن للكتلة أن تشعر بتأثيرات الجاذبية للأجسام المحيطة بها، ويمكننا أن نطلق على ذلك اسم “كتلة الجاذبية السلبية”. ثالثًا، تقاوم الكتلة التغيرات في الحركة – ولهذا السبب يكون دفع صخرة كبيرة أمرًا صعبًا – لذلك يمكن أن نطلق على هذه “الكتلة بالقصور الذاتي”.

في دروس الفيزياء التمهيدية، وحتى في نظرية أينشتاين الأكثر تقدمًا، يُعتقد أن “الأنواع” الثلاثة للكتلة هي نفس الشيء. ولكن لا يوجد سبب أساسي وراء ضرورة حدوث ذلك. من الممكن أن يكون كل واحد مختلفًا. ونظرًا لأن فكرة تشابههما هي افتراض أساسي لنظرية الجاذبية لأينشتاين، فمن الضروري أن نختبر هذا التخمين.

وهذا ما فعله الباحثون. في 21 يوليو 1969، وضع رواد فضاء أبولو 11 عاكسًا ليزر على سطح القمر، أعقبه عاكسات إضافية في المهمات القمرية اللاحقة. ومنذ ذلك الحين، تمكن الباحثون من مراقبة المسافة بين الأرض والقمر. هذا قياس دقيق بشكل لا يصدق، دقيق في حدود ملليمتر واحد، وهو ما يشبه قياس المسافة بين نيويورك ولوس أنجلوس بدقة تعادل عرض شعرة الإنسان. وكانت إحدى النتائج أن العلماء قرروا أن القمر يتحرك بعيدًا عن الأرض بمعدل 1.5 بوصة (3.8 سم) سنويًا.

كتلة الجاذبية النشطة مقابل كتلة الجاذبية السلبية

بحثت أحدث ورقة فيما إذا كانت الكتلة النشطة والكتلة السلبية متماثلتين. وللقيام بذلك، استغل الباحثون الميزة الجيولوجية للقمر. وحددت بعثات أبولو أن ماريا (البقع الداكنة الكبيرة على وجه القمر) كانت غنية بالحديد، بينما كانت مرتفعات القمر غنية بالألمنيوم. ولأن ماريا تشكلت من الحمم البركانية القادمة من باطن القمر، فقد افترض الباحثون أن عباءة القمر غنية بالحديد. المرتفعات، كونها الجزء الخارجي من القمر، يجب أن تعكس التركيب الكيميائي للقشرة القمرية الغنية بالألمنيوم.

في الحالة التي تكون فيها كتلة الجاذبية النشطة والسلبية متماثلة، فإن قوة الجاذبية للحديد على الألومنيوم يجب أن تكون هي نفسها للألمنيوم الموجود على الحديد. ومع ذلك، إذا كانت كتلة الجاذبية النشطة والسلبية مختلفة، فيجب أن تكون هناك قوة صافية. ستكون هذه القوة الصافية مشابهة لحركة المد والجزر على الأرض وستؤدي إلى تسريع أو إبطاء مدار القمر.

باستخدام أكثر من نصف قرن من قياسات موقع القمر (من أبريل 1970 إلى أبريل 2022)، تمكن علماء الفلك من تحديد أن مدار القمر كان يتباطأ بمقدار ضئيل قدره 25.8 ثانية قوسية في القرن. وبهذا المعدل، سيستغرق القمر أكثر من 14000 سنة ليتراجع بدرجة واحدة عن المكان الذي سيكون عليه إذا استمر في السفر بالسرعة التي يتحرك بها اليوم.

ومن هذا القياس الدقيق، خلص الباحثون إلى أن الأشكال النشطة والسلبية للكتلة كانت متطابقة بشكل أساسي. وإذا كانا مختلفين، فإن الفرق يكون أقل من جزء واحد في 26 تريليون.

تأكيد آينشتاين

يعد هذا القياس أمرًا بالغ الأهمية لتأكيد صحة إحدى افتراضات نظرية الجاذبية لأينشتاين. ولو لم يكن الأمر كذلك، لكان من الممكن أن يشكك في العديد من جوانب علم الفلك الحديث، بما في ذلك المادة المظلمة والطاقة المظلمة. ومع ذلك، فإن القياس الأخير يؤكد صحة إطارنا النظري الحالي. مرة أخرى، يظهر أن أينشتاين كان على حق.