Bagaimana gerhana matahari menjadikan Einstein sebagai bintang dunia

Bagaimana gerhana matahari menjadikan Einstein sebagai bintang dunia

Artem Korzhmanov,
Cand. Phys.-Mat. Sci, pekerja Institut Fizik Gunaan Gunaan, pengarang blog sains popular physh.ru
"Trinity Option" №18 (237), 12 September 2017

Artyom Korzhimanov

7 November 1919 London Masa Ia muncul dengan tajuk utama "Revolusi dalam Sains", "Teori Baru Alam Semesta", "Idea Newton yang Dilemparkan ke dalam Dump". Momen ini boleh dianggap sebagai permulaan rasmi dunia baru. Sebuah dunia di mana tidak ada ruang mutlak dan mutlak.

Di bawah tajuk utama terdapat berita mengenai penemuan kuat yang dibuat berdasarkan pemerhatian gerhana matahari pada bulan Mei 1919. Pada ketika itu, kekuatan Matahari didapati menewaskan sinar cahaya dari lintasan garis lurus, dan magnitud dari penyelewengan ini telah diramalkan dengan betul oleh teori relativiti umum yang baru-baru ini dirumuskan oleh Albert Einstein dan tidak konsisten dengan teori klasik Newton. Secara semulajadi, Einstein, dengan konsepnya yang luar biasa dan matematik yang tidak dapat dibezakan, berubah menjadi selebriti antarabangsa.

Dengan semua ini, ketepatan mengukur pesongan graviti cahaya untuk masa yang lama kekal rendah: ia dinyatakan dalam pelbagai karyabahawa sisihan yang diukur adalah satu perempat kurang daripada yang diramalkan oleh teori Einstein, maka, sebaliknya, satu setengah kali lebih banyak. Dan bahkan menyelesaikan teka-teki perihelion Mercury, dirumuskan seawal tahun 1850-an, tidak meyakinkan skeptis. Ketiadaan bukti eksperimen yang lain yang memihak kepada teori relativiti menyebabkan hakikat bahawa pada tahun 1920-an, kepentingan di dalamnya secara beransur-ansur menurun.

Kebangkitan semula teori umum relativiti datang pada 1960-an. Peningkatan bilangan dan ketepatan pemerhatian astronomi, serta pertumbuhan pesat dalam kosmologi, telah membawa kepada fakta bahawa teori Einstein telah menjadi asas astrofizik moden. Sekarang ramalan teori kecekapan graviti cahaya diuji ke hundredths peratus terdekat. Dan akibatnya – lensa graviti – adalah antara kaedah astronomi dan digunakan secara meluas.

Plat fotografi. Eclipse 29 Mei 1919, Brazil. Dari laporan A. Eddington

Sekali Einstein menyedari kesetaraan graviti dan inersia, dia menyedari bahawa graviti mesti membelakangkan cahaya cahaya. Pada tahun 1911, dia mengira bahawa sisihan sinar cahaya yang menyerupai tangen ke permukaan Matahari sepatutnya menjadi 0.875 arc-saat.Kemudian Einstein mencadangkan untuk mengukur sisihan ini semasa gerhana matahari total, apabila bintang-bintang yang dekat dengan Matahari akan dapat dilihat. Sekiranya cahaya mereka dipancarkan oleh Matahari, nampaknya bintang itu berpindah relatif kepada kedudukan normalnya.

Percubaan pertama untuk mengesahkan penegasan ini telah dilaksanakan seawal tahun 1914. Pada 21 Ogos, beberapa ekspedisi pergi seketika ke pantai Crimea. Rancangan mereka terhalang oleh permulaan Perang Dunia I dan cuaca buruk. Kerana perang, pihak berkuasa Rusia menghantar sebahagian besar rumah ahli astronomi, malah menangkap seseorang, dan peralatan itu kebanyakannya dirampas sementara. Oleh kerana cuaca, gerhana masih tidak tersedia untuk pemerhatian.

Pada bulan November 1915, Einstein, yang baru sahaja menamatkan teori relativiti umum dan memahami matematiknya yang rumit, menyedari bahawa sisihan cahaya mestilah dua kali lebih besar daripada yang dikira sebelum ini. Dari sudut pandang moden, penggandaan ini adalah akibat dari hakikat bahawa Einstein pada mulanya tidak mengambil kira kelengkungan ruang berhampiran Matahari, disebabkan oleh graviti. Nilai separuh boleh didapati daripada teori graviti Newton yang tulen, dan, sebenarnya, Einstein bukanlah yang pertama mengiranya.Kembali pada tahun 1784, "penyimpangan Newtonian" cahaya dikira oleh Henry Cavendish, dan pada tahun 1803 Johann von Zoldner secara bebas menentukannya.

Arthur Eddington

Jadi, kerana itu, hasil baru bermakna bahawa kesannya harus lebih kuat daripada yang difikirkan sebelumnya, dan dengan itu lebih mudah untuk diukur. Orang yang melakukan pemerhatian yang sewajarnya ialah Arthur Eddington (Arthur Eddington).

Semasa World First Eddington adalah seorang profesor di Cambridge dan seorang pakar terkemuka dalam astronomi pemerhatian pada zamannya. Kerana perang, hubungan saintifik antara Jerman, di mana Einstein diterbitkan, dan Great Britain, di mana Eddington bekerja, terganggu, tetapi ahli kosmologi Belanda Willem de Sitter dapat mengarahkan ke Cambridge beberapa artikel yang menggambarkan teori graviti yang baru.

Pada tahun 1917, Arthur Eddington menyiapkan laporan terperinci tentang teori Einstein dan kesimpulannya. Beliau menyampaikan laporan kepada Persatuan Fizikal London dan memulakan persiapan untuk memerhati gerhana matahari. Dalam hal ini, Eddington dibantu oleh astronom Frank Dyson (Frank W. Dyson), yang nampaknya adalah yang pertama memahami bahawa gerhana pada 29 Mei 1919 merupakan salah satu peluang terbaik untuk menguji teori Einstein,kerana Matahari akan berada di latar belakang beberapa bintang terang, kedudukan yang akan agak mudah diukur.

Bagi ekspedisi itu, kerajaan British memperuntukkan £ 1000. Hasil perang pada masa itu masih belum jelas, dan ada bahaya yang Eddington akan disusun ke dalam tentera. Sebagai seorang Quaker, beliau dibebaskan dari perkhidmatan ketenteraan. Tetapi tentera memerlukan tentara, dan Kementerian Pertahanan mengajukan gugatan untuk penghapusan pelepasan ini. Selepas tiga pendengaran mahkamah dan rayuan minit terakhir dari Dyson, pembebasan itu masih dilanjutkan sehingga 11 Julai 1918; ini berlaku hanya seminggu sebelum momen utama perang – pertempuran kedua Marne. Sukarelawan bahawa saintis damai dilepaskan dari perkhidmatan ketenteraan untuk dapat menguji teori yang diterajui saintis dari negara yang bermusuhan.

Empat bulan selepas perang berakhir, pada 8 Mac 1919, dua ekspedisi British sekali gus dimatikan. Eddington pergi ke pulau Principe di luar pantai Equatorial Guinea moden, dan ahli astronomi Andrew Crommelin (Andrew Crommelin) – di bandar Sobral di utara Brazil.

Idea percubaan itu mudah.Semasa gerhana, apabila bulan sepenuhnya menutupi matahari, cahaya bintang di langit di dekatnya muncul. Menggunakan teleskop dan plat fotografi, para astronom mengambil gambar Matahari yang tersembunyi oleh Bulan dan bintang-bintang yang berdekatan. Imej-imej tersebut kemudiannya dibandingkan dengan cetakan dari bahagian langit yang sama, yang diperoleh beberapa bulan sebelum atau sesudah gerhana, ketika Matahari berada di bahagian yang sama sekali berbeda dari langit. Tanda penyimpangan sinaran cahaya akan menjadi pergeseran dalam kedudukan jelas bintang yang terletak berdekatan dengan Matahari, dalam gambar-gambar yang diambil semasa gerhana, berbanding dengan bintang-bintang yang terletak jauh dari situ.

Sumber utama kesilapan adalah pergolakan alam udara. Berada dalam gerakan berterusan, atmosfer memperkenalkan penyelewengan tak terkawal dalam kedudukan bintang yang jelas. Untuk mengurangkan pengaruh faktor rawak ini, ia telah dirancang untuk mengambil beberapa gambar, yang kemudiannya boleh diratakan.

Ia juga penting bahawa langit tetap jelas. Walau bagaimanapun, pada hari pemerhatian di kawasan di mana Eddington terletak, badai bermula. Nasib baik, apabila dia mula kehilangan harapan untuk melihat cahaya bintang-bintang, cuaca menjadi tenang, dan apabila gerhana bermula, matahari kelihatan seperti itu.Walau bagaimanapun, daripada 16 gambar yang diambil, hanya dua yang sesuai untuk analisis. Mereka kelihatan hanya lima bintang.

Albert Einstein, 1920

Walau bagaimanapun, ini adalah cukup untuk selepas membandingkan dengan gambar-gambar yang diambil terlebih dahulu di Universiti Oxford, menyatakan bahawa sisihan sinar cahaya ialah 1.60 ± 0.31 arc-saat, atau 0.91 ± 0.18 daripada nilai yang diramalkan oleh Einstein. Ekspedisi di Sobral tidak mempunyai masalah dengan cuaca, tetapi sebaliknya, salah satu daripada dua teleskop yang mana pemerhatian dibuat telah hilang tumpuan pada saat terakhir, mungkin disebabkan oleh haba yang disebabkan oleh cahaya matahari. Alat baki, ahli astronomi membuat lapan tembakan yang baik, yang ditandai dengan kedudukan tujuh bintang. Daripada jumlah tersebut, sisihan yang diukur ialah 1,98 ± 0,12 arcseconds, atau 1,13 ± 0,07 dari nilai Einstein.

Sebelum itu, Einstein pada amnya adalah ahli fizik teori yang kurang dikenali. Beliau terkenal dan dihormati dalam kalangan sempit masyarakat saintifik Eropah dan tidak lebih. Tetapi selepas keputusan ekspedisi Eddington diumumkan pada pertemuan Royal Scientific Society pada 6 November 1919, dia bangun sebagai bintang dunia.

Walau bagaimanapun, kemuliaan ini tidak selalunya jelas.Jadi, pada tahun 1920, Paul Weiland menganjurkan pendengaran awam, di mana Einstein dan teorinya dikutuk. Pada masa yang sama, pengarang Nobel Philipp Lenard menerbitkan sebuah artikel oleh Zoldner pada tahun 1803, menuduh Einstein mencontohi idea-idea seorang saintis Aryan yang benar. Serangan ini dalam banyak cara anti-Semitik; maka teori relativitas sering disebut "sains Yahudi." Tetapi untuk kredit mereka, kebanyakan ahli fizik bukan Yahudi Jerman tidak berkongsi pandangan ini, walaupun pertumbuhan pengaruh Nazi. Kedatangan Nazi untuk memaksa memaksa Einstein, seperti banyak orang Yahudi yang lain, untuk berhijrah, dan retorik anti-relativistik tidak lagi relevan dan secara keseluruhannya menjadi sia-sia.

Pada masa yang sama, keputusan Eddington menimbulkan persoalan. Ketepatan pengukuran masih tidak terlalu hebat, dan beberapa saintis menyatakan keraguan bahawa mereka adalah bukti yang dapat dipercayai tentang teori Einstein. Ada juga yang disyaki Eddington, yang merupakan penyokong terkenal teori relativiti umum, mengganggu data. Walau bagaimanapun, analisis bebas daripada plat fotografi yang dibentangkan, yang dijalankan pada tahun 1923, kemudian pada tahun 1956, dan kemudian juga pada tahun 1979 [1] menggunakan instrumen dan kaedah yang lebih canggih, memberi hasil yang sama dengan kurang kesilapan dalam pengukuran.Ini membolehkan para ahli sejarah moden sains menegaskan bahawa tidak ada penipuan – sama ada secara tidak sengaja mahupun secara khusus – dari Eddington [2].

Dan tentu saja, Eddington bukanlah satu-satunya yang mengambil ukuran, walaupun eksperimennya menjadi yang paling terkenal. Gerhana sesuai seterusnya telah berlaku pada tahun 1922 di Australia. Dia diperhatikan oleh tujuh pasukan yang berbeza, tetapi hanya tiga dari mereka yang cukup beruntung untuk mendapatkan hasil, dan mereka ternyata positif untuk teori Einstein.

Pemerhatian yang serupa juga dijalankan pada tahun 1929, 1939, 1947, 1952 dan 1973. Setiap kali keputusan itu bersamaan dengan ramalan teori umum relativiti, walaupun, untuk menjadi adil, ketepatan pengukuran tidak praktikal tidak meningkat. Malah teknologi yang sudah maju pada tahun 1970-an menghasilkan hanya 0.95 ± 0.11 daripada nilai Einstein [3, 4].

Secara ketara meningkatkan ketepatan adalah mungkin hanya dengan pembangunan kaedah radio astronomi, dan khususnya interferometri radio dengan pangkalan super-panjang – apabila beberapa teleskop terletak di hujung bertentangan Bumi bekerja bersama-sama, dengan itu meningkatkan ketepatan pengukuran dengan ketara.Kaedah ini dibenarkan pada tahun 2010 untuk menentukan bahawa sisihan isyarat radio (yang, seperti cahaya, adalah gelombang elektromagnetik dan mematuhi undang-undang yang sama) oleh Matahari berbeza daripada ramalan teori Einstein oleh tidak lebih daripada 0.02% [5].

Oleh itu, sekarang teori umum relativiti bukan sahaja teori graviti yang diterima umum, tetapi juga mempunyai bukti percubaan yang meyakinkan. Dan fenomena pesongan cahaya oleh objek besar dari kaedah memeriksa teori telah menjadi satu kaedah untuk mendapatkan pengetahuan baru. Oleh kerana kesan ini, bintang boleh bertindak sebagai sejenis kanta untuk objek yang berada di belakangnya. Lensa graviti semacam itu membolehkan anda menangkap imej objek ultra-jauh – contohnya, quasar dan galaksi yang wujud berbilion tahun yang lalu – atau untuk mencari eksoplanet yang mengitari bintang-bintang ini kerana fakta bahawa mereka memutarkan lensing.

Dalam menyediakan nota, artikel [6] telah digunakan, di mana lebih banyak sebutan mengenai karya asal dapat dijumpai.


1. Harvey G. M. Kecerobohan graviti cahaya // Observatori. 1979. Vol. 99, ms 195-198.
2. Kennefick D. Pengujian relativiti dari gerhana 1919-soalan bias // Fizik hari ini. 2009. Vol. 62, No. 3, P. 37-42.
3. Brune R. A. Jr, Cobb C. L., Dewitt B. S. et al. Kekurangan graviti cahaya: gerhana matahari pada 30 Jun 1973 I. Penerangan tentang prosedur dan hasil akhir // Jurnal astronomi. 1976. Vol. 81, ms 452-454.
4. Jones B. F.Lekapan graviti cahaya: gerhana matahari pada 30 Jun 1973 II. Pengurangan pinggan // Jurnal astronomi. 1976. Vol. 81, ms 455-463.
5. Lambert S. B., Le Poncin-Lafitte C. Menentukan parameter relativistik menggunakan interferometri baseline yang sangat panjang // Astronomi & Astrofizik. 2009. Vol. 499, P. 331-335. arxiv: 0903.1615
6. Adakah C. M. Ukuran 1919 pengukuran cahaya // Graviti Klasik dan Kuantum. 2015. Vol. 32, Art. tiada 124001. arxiv: 1409.7812.


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: