Пре стотину година, тим британских научника доказао је истинитост Еинстеинове теорије релативности тако што је пронашао отклон звездане светлости током тоталног помрачења Сунца у мају 1919. године. У чланку је детаљно описано које су потешкоће морали да савладају учесници експеримента, како је сам експеримент прошао и шта је био резултат његовог успеха.
Обично, када научници тестирају теорију, они успевају да држе ситуацију под контролом. Међутим, 1919. године, на крају Првог светског рата, британски астроном и физичар сир Артхур Станлеи Еддингтон (Сир Артхур Станлеи Еддингтон) није се могао похвалити таквим луксузом. Хтео је да тестира теорију релативности Алберта Ајнштајна са помрачењем Сунца, које је могло да се примети само неколико хиљада миља од најближе лабораторије која даје тачна мерења. Није било лако. "Током путовања како би посматрао тотално помрачење Сунца, астроном прекида измерени ток свог рада и улази у сурову игру са судбином", написао је млади Еддингтон. У његовом случају било је још теже осигурати потпуну контролу над ситуацијом - због издајничких временских прилика и рата.
- Салик.биз
Аинстеинова позиција такође је била изузетно нестабилна. У Берлину, његовом познатом научном простору, владао је све више хаоса. Његова предавања о теорији релативности морала је да се одложи због недостатка угља за загревање универзитетских учионица. Док је привремено предавао у Цириху, Ајнштајн није показао посебно интересовање ни за свој рад тамо; само 15 студената пријавило се за његово предавање о релативности - и универзитет је отказао догађај.
У Берлину је било тешко схватити да је рат завршен, осим тога, прави мир био је могућ тек након што су ратишне земље пристале на закључивање обавезујућег споразума. Током преговора разговарано је о стварању Лиге нација, као и подјели Африке и Блиског Истока на нове колонијалне посједе. Док су научници вршили своја истраживања, победничке империје заузеле су све више и више земљишта.
Ове нове границе царстава биле су од огромног значаја за астрономе који планирају експедиције да посматрају помрачење Сунца у мају 1919. Први корак Еддингтона и његовог колеге, физичара и астронома Роиал Франк Ватсон Дисон-а, био је једноставно да схвате где и када се помрачење може видети. Зона Тоталитета - место са којег се види Месец који потпуно засењује Сунце - обично је широко неколико хиљада миља, али помрачење се може видети само неколико минута (ако имате среће). Месечева сенка прелази преко Земље брзином преко хиљаду километара на сат, а астрономи са својим телескопима и камерама морају бити на правом месту у право време. Пут тоталитета протезао се преко јужне хемисфере од Африке до Јужне Америке. На избор локације за посматрање утицали су многи фактори:колико је повољно време у ово доба године? Колико ниско на небу ће помрачење проћи? Постоје ли паробродске и железничке мреже у том подручју за превоз астронома и њихове тешке опреме? Постоји ли телеграфска станица у близини?
На крају, Дисон и Еддингтон одлучили су да две локације на супротним странама Атлантика најбоље одговарају овим условима - сваки научник ће имати на располагању око пет минута укупности. Једна од ових локација - бразилски град Собрал, удаљен 80 миља од обале - имала је железничку везу. Град се није налазио тачно у центру зоне тоталитета, па је помрачење трајало неколико секунди мање. Међутим, овај је недостатак више него надокнађен логистичким предностима. Веровало се да сезона кише завршава на овом подручју до маја, мада то нико није могао да потврди.
Принципе, острво удаљено 110 километара од западне обале Африке северно од екватора, изабрано је за другу локацију. Острво је било део царских посједа Португала и било је познато по извозу какаа. Цвјетајућа индустрија чоколаде значила је да из Лисабона долази два тједна и тако ће острво вероватно имати европску инфраструктуру. Удаљеност острва играла је у рукама научника, јер су околне водене масе пружале стабилније температуре током дана и лак поглед на хоризонт.
Даисону је 1918. године додељено хиљаду фунти (по данашњим стандардима 75 хиљада долара) за путне трошкове. С обзиром на ратна времена, ово је била веома импресивна донација - Дисон је одлучио да овим новцем може покрити трошкове обе експедиције, што је било важно осигурање од лоших временских или других несрећа и драматично је повећало шансе за успех.
Промотивни видео:
Договорено је да Еддингтон отпутује у Принципе у пратњи Едвина Т. Цоттингхама, сатника који је дуги низ година радио у опсерваторијама Дисон и Еддингтон, држећи хронометре тамо. У међувремену, запажања на Собралу водио је Цхарлес Давидсон, који је имао репутацију апсолутног чаробњака са механичким уређајима и научним инструментима. Дајсон му је могао у потпуности да верује у било који механизам.
Опрема коју је Давидсон припремао укључивала је три пажљиво одабрана телескопа. Еддингтону су биле потребне јасне слике звезда, а не оно што посматрачи помрачења обично желе. Тако су тимови одлучили да користе астрографске телескопе - посебно дизајниране за прављење тачних слика суптилних објеката. Дајсон је покушавао да се домогне два телескопа какав се користио у претходним помрачењима. Једног од њих, инсталираног у Греенвицху, није било тешко набавити. Други је био у Окфордској опсерваторији, којом је режирао Х. Турнер, најжешћи непријатељ Немачке међу домаћим астрономима. Не знамо како је Дајсон наговорио Турнера да ово драгоцено средство стави на располагање експедицији, чији је главни задатак био да тестира Еинстеинову теорију, али некако је успео.
Чак и уз одговарајућу опрему, овакво мерење 1919. године било је изузетно тешко извести. Како се Земља окреће, Сунце је у фази помрачења и звезде се такође крећу по небу. Због тога су фотографије, иако су само неколико секунди, замућене. Једно решење овог проблема је постављање телескопа на неку осовину и његово ротирање полако у складу са кретањем Земље. Међутим, ово није најприкладнија опција за експедицију: телескопи су тешки и гломазни, и веома се тешко померају - нехотице можете протрести објектив или променити нагиб и на тај начин покварити коначну слику. Традиционално решење био је кололостат, својеврсно "замах са замахом" који је Еддингтон користио у прошлости.
Телескоп је постављен хоризонтално и стабилизован. Сочиво телескопа усмерено је ка огледало огледала, које је подешено тако да слика Сунца пада у средину камере. А онда се током помрачења огледало може глатко окретати и на тај начин одржавати јасну слику у центру.
У Греенвицху је био читав низ таквих колостата - они су се већ више пута користили у експедицијама. Нажалост, ови уређаји су били у употреби веома дуго и на њих се није могло поуздати. По правилу, модернизација ових уређаја била је непретенциозан, али прилично мукотрпан процес, али прве припреме за експедицију одвијале су се у ратним временима, а за обављање прецизне обраде потребна је одговарајућа дозвола Министарства одбране. Као резерву, истраживачи су са собом понели неколико малих четвороструких телескопа - за сваки случај.
Чланови експедиција никако нису били пасивни посматрачи који током помрачења покушавају да открију било какве радознале појаве. Њихов циљ је био тестирање специфичних предвиђања Еинстеинове теорије релативности. Ајнштајн је предложио гледање звезде која се чини на самој ивици соларног диска (у ствари, ова звезда је можда три миља удаљена од Сунца - управо је то што је тренутно у линији са ивицом диска). Слика ове звезде преноси се светлосним снопом. Када ток светлости прође близу Сунца, закривљеност простора-времена (створена соларном гравитацијом) ће савити и овај светлосни сноп. Свако ко прати слику звезде са Земље приметиће њен мали помак од првобитног положаја, што је последица савијања. Општа релативност предвиђала је тачан угао између тачке у којој звезда треба да буде у непостојању соларне гравитације на свом путу и тамо где би била под њеним утицајем. Овај угао је мерен у лучним секундама (један-60. И један -60. Степен). Према Ајнштајну, та промена би требало да буде 1,75 лучних секунди. На фотографским плочама које је Еддингтон хтео да користи ова бројка је износила приближно једну шездесет милиметара.та цифра била је једнака отприлике шестдесет шест милиметара.та цифра била је једнака отприлике шестдесет шест милиметара.
Астрономи су могли да изврше тачна мерења, јер су покушали да узму у обзир све факторе. Фотографије снимљене током помрачења биле су подложне поређењу са фотографијама истог поља звезда, где Сунце више није било испред њих током фазе помрачења. Научнике је пре свега занимала промена положаја звезде - за то им је требало поуздано полазиште. Могло би проћи неколико месеци да се Сунце довољно далеко пребаци по небу да слике не буду искривљене његовом гравитацијом.
То значи да се друга серија фотографија мора направити неколико месеци пре или после самог помрачења. Поред тога, при креирању ових слика морају се користити иста сочива и фотографска подешавања - сви сочиви се мало разликују један од другог, и неопходно је осигурати да привидна промена положаја звезда не буде последица нетачности другог објектива. Тако су фотографије звезда које су истраживачи намеравали измерити снимљене у Енглеској са сочивима које су планирали да користе у експедицији.
Желећи да се прелиминарни налази што пре врате кући, Еддингтон и Дисон су чак смислили посебан телеграфски код. Пре одласка Еддингтон је написао чланак у којем је колегама пружио све потребне информације како би знали како да протумаче резултате док се експедиција не врати. Еддингтон је најавио три опције: нема одбацивања; одступање је 1,75 лучних секунди, како је предвидио Аинстеин; или је то 0,87 лучних секунди - показатељ који сведочи у корист невтонске гравитације и оспорава Аинстеинове идеје. Предлажући овакву формулацију, Еддингтон је био прилично паметан. Одједном се експеримент претворио у отворену борбу између Ајнштајна и Њутона - јединствени случај када је овај напредни Немац могао да баци пиједестал највећег мислиоца у историји. Еддингтон је створио наратив и убедљив контекст у којем су се могли представити резултати експедиција.
Еддингтон је журио са покретањем свог шоуа. Почетком марта кренуо је путем, прешао пет хиљада километара преко океана, а 26. априла је стигао са Цоттингхамом до обала Африке. Мушкарци су провели око недељу дана у луци Св. Антун на острву Принципе, тражећи одговарајуће осматрачке тачке. Коначно, изабрали су плантажу Роца Сунди на северозападном делу острва, далеко од планина изнад којих су се обично скупљали облаци - била је то висораван над заливом, смештен на 500 метара надморске висине.
Место и датум - 29. маја - показали су се изузетно повољни. Као што се испоставило, ово посебно помрачење морало се десити испред Хиадеса, прилично светлог сазвежђа које је идеално за мерење Еинстеинове прогибљења. Еддингтону су биле потребне управо тако сјајне звезде да би их се лако могло видети на фотографији. Поред тога, неколико звезда, насупрот једној, могло би да покаже различит степен одбојности док су биле уклоњене са Сунца: звезда десно на ивици соларног диска требало би да показује одсек од 1,75 секунди; друга звезда која се налази мало даље је нешто нижи показатељ; а најудаљенија звезда сазвежђа требало је да не покаже готово никаква одступања. Ајнштајн је предвидио не само отклон, већ и како ће се он мењати у зависности од удаљености од ивице Сунца. Присуство сазвежђа омогућило је проверу овог аспекта његових предвиђања.
Астрономи прошлих или будућих ере можда ће морати да чекају такве повољне услове вековима или миленијумима. Хиаде се налазе у сазвежђу Бик. Они чине главу бика и налазе се тик уз блиставу црвену звезду Алдебаран. Звезде су име добиле по пет нимфа, кћери Атласа. Тугујући због смрти свог брата, били су на небу у непосредној близини вољног Ориона. Један од најсјајнијих звезданих гроздова, Хијаде су видљиве голим оком и привлаче пажњу астронома од давнина. Припадају констелацијама постављеним на штиту Ахила, заједно са Орионом и Урсом мајором. У погледу древних, ове звезде деловале су као гласници небеског царства.
Еддингтон, за разлику од Ахила, није имао штит на коме би могао ухватити ове звезде - њихов смисао могао је ухватити само телескопом. Да би тестирао одбојност светлости од ових звезда, морао је усмјерити телескоп у мрак потпуног помрачења, кад температура околине падне, птице престану да певају и (што је најважније за Ајнштајна) звезде постају видљиве.
У четвртак, 29. маја 1919. године, у Собралу је било облачно. Локална заједница намеравала је да помрачење претвори у јавни догађај, а припреме за њега биле су у пуном јеку. Мала опсерваторија, која се налази на ивици помрачења, продавала је карте онима који желе да погледају телескопом. До почетка помрачења небо је било прекривено густим облацима. Када је предња ивица месеца додирнула соларни диск (зван "први додир"), астроном Андрев Цроммелин, који је био у пратњи Дисон-а, претпостављао је 90% облака. Али брзо је почело да бледи и током периода тоталности Сунце је било у прилично великом јазу између облака.
Све је утонуло у надреалну таму, а астрономи су кренули у дело. Један од Бразилаца гледао је сат и гласно одбројавао секунде како би могао имати времена да се слика. Уз помоћ великог телескопа снимљено је деветнаест фотографија које су изложене, а уз помоћ малих четвероструких сочива осам. Небо је било бистро током помрачења; експеримент је протекао без проблема. Научници су одмах кући послали телеграм: "Величанствено помрачење."
Преко Атлантика, почасне госте острва Принципе стигле су до Роса Санди ујутро помрачења. И дочекали су их снажном пљуском - који британски испитаници никада раније нису доживели и који није био типичан за то доба године. Завршило се око поднева, само неколико сати пре помрачења. Облаци су, према Еддингтоновим речима, „скоро одузели нашу последњу наду“.
На први додир сунце није било видљиво иза облака. Тек у 13:55 астрономи су почели да разазнају њен диск на небу, трансформисан у полумесец неумољиво пузећег месеца. Потом се појавио из облака, а затим се поново утопио у њих. Чак и у добрим условима, последњих неколико секунди пре тоталитета описано је као "готово болно". Можемо само нагађати шта су научници проживели у том тренутку. Израчунато је да би укупност требала доћи пет секунди после 14:13. У том тренутку астрономи су се претварали у машине које су строго поштовале редослед планираних процедура без обзира на то што су могле видети голим оком - биле су машине покретане надом и ишчекивањем. Еддингтон је то овако рекао: „Морали смо верно да спроведемо свој програм планираних слика.“Сву њихову пажњу привукао је телескоп. Цоттингхам је надгледао механизам колостата и дао Еддингтону свеже тањире; Еддингтон је уклонио готове фотографије и уметнуо нове плоче. Након сваке смене морао је да застане на секунду, јер би у супротном кретање могло да проузрокује ситну дрхтавицу која би упропастила слику.
Када се тоталитет завршио, свет се вратио у претходно стање, као да уопште није било кршења природног поретка. Еддингтон је могао одахнути. Његов кратак телеграм Дајсону изгледао је овако: „Кроз облаке. Не губимо наду."
Донесена је одлука да се фотографије развијају на терену: у Бразилу и на острву Принципе - али то није објашњено само "нестрпљењем". Стаклене плоче су биле превише крхке и лако би се могле оштетити на дугом путовању. Развијање на терену и вршење прелиминарних мерења барем су гарантовали неке резултате, иако нису добијени у најсавршенијим условима. Следеће ноћи у Собрали, Давидсон и Цроммелин су штампали четири астрографске фотографије. Они су били шокирани када су видели да су слике звезда благо искривљене, као да се фокус самог телескопа мења.
Ова промена фокуса може се објаснити само неравномерним ширењем огледала услед соларне топлоте. Очитавање скале фокуса проверено је следећег дана: за то време они су остали непромењени на ознаци од 11 мм. Квалитет плоча оставио је много за пожељним. Током обичних посматрања помрачења Сунца, овај ефекат се не би узимао у обзир. Међутим, одступање које је навео Ајнштајн било је толико мало да га је таква појава лако могла апсорбирати.
Слике са четвороинковског телескопа, које су снимиле за сваки случај, показале су се пуно боље. Тако је било наде. У сваком случају, астрономи су чекали дуго. У Бразилу су морали да остану до јула како би фотографисали Хиаде у време када Сунце више није на путу. Еддингтон није био расположен да сједи и чека. Иако су постојали добри технички разлози за одмах проучавање фотографија, изгледа да је његов подстицај био више личан. Шест ноћи након помрачења, он и Цоттингхам развијали су по две плоче сваке ноћи. Резултати нису били у потпуности задовољавајући: „Првих 10 фотографија не показују скоро никакве звезде. Слике на последњих шест, надам се, ће нам дати оно што тражимо; али све је то неугодно."
Еддингтон је провео све наредне дане на фотографијама, покушавајући да изврши тачна мерења помоћу сложеног уређаја званог микрометар. Чак и уз легендарну математичку брзину Еддингтона, требало му је три дана грозничавог рада. Овај задатак показао се тежим него што је очекивао, јер су га слике облачног неба натерале да користи методе другачије од раније планираних. Али једног дана у првој недељи јуна 1919. Еддингтон је оставио оловку са којом је обављао своје прорачуне. Одговор је добијен: „Схватио сам да је Аинстеинова теорија издржала тест и од сада би требало да преовладава нови правац научне мисли.“
Тачно, ова изјава Еддингтона више је личила на само-хипнозу. Његове прелиминарне калкулације никако нису биле довољне да убеди своје британске колеге у добијене резултате. За ово је било потребно много посла. Еддингтон се надао да ће остати на Принципу да би довршио дио овог посла, али његови планови били су ометани због проблема са локалном бродском компанијом. Обавештен је да ако научник одмах не крене путем, ризикује да остане на острву у недоглед. Гувернер Принципа договорио је да он и Цоттингхам седе на последњем броду који је напустио острво тог лета (СС Заире). Враћајући се кући, Еддингтон се нашао у новом свету „међународне“науке, у који су званично били „сви осим Немачке и Аустрије“. У међувремену је са собом понио кофер пун фотографија,уско повезан са теоријом развијеном у Берлину.
Научна запажања не говоре сама за себе и не журе са откривањем њихових тајни. Требали су Еддингтоновим мјесецима напорних мјерења и калкулација да увјере свијет да је Ајнштајн у праву на основу његових закључака.
Дисон и Еддингтон наставили су да раде одвојено чак и док су анализирали податке. Вероватно су мислили да би независна мерења била поузданија. Фотографије са острва Принципе анализиране су у Кембриџу и Собралу у Гринвичу. По свему судећи, Еддингтон је сам вршио мерења и прорачуне, док је Давидсон радио са особљем Краљевске опсерваторије; чланови Собралне експедиције суочили су се са мање тешким задатком. Будући да су могли ин ситу снимити тестне слике, могли су их директно упоредити са фотографијама помрачења. Поред тога, у оба случаја фотографије су снимљене на истој локацији помоћу истог телескопа. Научници су морали да једноставно измере удаљеност за коју се слика одређене звезде помера у присуству соларне гравитације.
Тачно, за ово није било довољно да причврстите равнало и нацртате линију оком. Мерења су извршена помоћу микрометра, што нам је омогућило да проценимо много ситније растојање ван досега људске руке. Ова мерења су захтевала много припреме и стрпљења, али била су део астрономске стандардне праксе.
Еддингтон је морао да направи додатни корак. Није могао да добије потврдне слике са острва, па су искључена директна мерења. Научник је морао да упореди слику Хијадеса, добијених током помрачења, са сликом ових звезда, коју је направио исти телескоп у Окфорду. Али морао је размотрити могућност да између две групе слика постоји нека суптилна разлика. Због тога је на оба места (Принисипе и Окфорд) сликао још једно звездно поље и упоређујући ове фотографије могао је да схвати у чему је разлика.
Наоружан тим информацијама научник би га могао користити у својим последњим мерењима. Изузетно је тешко избећи изобличење или грешке у научним мерењима. Умјесто тога, трик је разумјети и ријешити ове проблеме. Експедиција на острво Принципе резултирала је 16 фотографија, мада је због облачности било корисно само седам. Срећом, свих седам имају звезде са највећим предвиђеним отклоном. Међутим, за поуздано мерење било је потребно најмање пет звездица као шибице, а само две плоче су дале такве информације. У најмању руку, ове информације су биле конзистентне и средње одступање је било 1,61 лучних секунди, ± 0,30. Тај степен несигурности био је сасвим адекватан, иако висок. Аинстеин предвиђено одступање било је 1,75. Није лош резултат за прво мерење потпуно непознате физичке појаве, помислио је Еддингтон.
Што се тиче резултата експедиције у Собрал, овде је ситуацију спасио четворочни инчни резервни телескоп, снимљен у последњем тренутку. Седам од осам плоча које је снимио пружило је одличне слике свих потребних научницима седам звијезда. Мерења на основу њих дала су много боље резултате: 1,98 лучних секунди, ± 0,12.
Заузети бескрајним мерењима и прорачунима, Еддингтон и Дисон су некако одвојили време да поставе позорницу за презентацију резултата. Дајсон је затражио од Савета краљевског друштва да закаже посебан састанак за 6. новембар како би се званично представили резултати. Пут натраг био је затворен. Ипак, то још увек није било могуће директно пријавити Берлину, па су истраживачи поступили другачије. Холандски физичар Хендрик Лорентз послао је Ајнштајну хитан и кратак телеграм који гласи: „Еддингтон је унапред пронашао отклон звезда на соларном диску између девет десетина секунде [степена] и двоструко веће.“
Нажалост, немамо сведочења очевидаца који су били у близини Еинстеина у време пријема телеграма. Али тада је показао телеграм свима који су дошли у његов стан, што нам омогућава да пратимо реакцију научника кроз очи оних који га окружују. Илсе Росентхал-Сцхнеидер, млади студент физике, сједио је с Еинстеином за својим столом, прегледавајући књигу пуну критика његове теорије релативности. Ајнштајн је изненада прекинуо читање да би узео документ са прозора. Хладно је приметио, "Ово би вас могло занимати", и пружио јој Лорентзов телеграм. Ајнштајн није могао смислити ништа друго и очигледно није био расположен да ту вест сакрије од других.
То је став који се Еддингтон надао да ће га усадити код својих британских колега у ходницима Краљевског друштва у Бурлингтон Хоусеу на Пиццадилли-у. Слушаоци су седели на клупама, а они који нису имали довољно простора били су гужви између стубова дуж зидова. У овој соби је био и Алфред Нортх Вхитехеад, угледни филозоф и математичар. Он је овако описао узбуђење у публици: „Атмосфера интензивног интересовања била је тачно попут атмосфере грчке драме.“
Следећег дана лондонски лист Тхе Тимес објавио је највећи научни наслов у историји: „Револуција у науци“. Откриће је приписано "чувеном лекару Ајнштајну" (није био ни једно ни друго). У суботу је стигао следећи чланак са истим насловом и додатком "Еинстеин вс Невтон". Ово је било прво јавно излагање Еинстеину, а научник се свету појавио онако како је Еддингтон хтео: у улози мирног генија који је одбацио стереотипе немачког милитаризма карактеристичне за ратна времена.
Талас узбуђења прошао је преко Атлантика, а 10. новембра 1919. године Нев Иорк Тимес је с насловних страна повикао: „Научници се радују опажањима помрачења“. Важно је погледати уназад и сетити се да је ово заправо било прво помињање Ајнштајна од стране Тимеса.
Ова бујица интереса коначно је омогућила Еддингтону и Ајнштајну да директно пишу једно другом. "Цела Енглеска говори о вашој теорији … то је нешто најбоље што се може догодити у научној вези између Енглеске и Немачке," Еддингтон је исте године написао Еинстеин. Захваљујући Еддингтону, експедиција је постала симбол немачко-британске солидарности. Аинстеин је са своје стране одлучио да се бори против милитаризма у немачкој науци подижући улоге. Био је то сјајан тренутак за науку, подељену ратом, јер су неки научници успели да је претворе у јединствену целину.
Овај чланак је уређени одломак из књиге Маттхева Станлеија Еинстеин'с Вар: Хов Релативити Цонкуе Натионалисм анд Схаок тхе Ворлд 2019, у издању Пенгуин Боокс-а