כיצד ליקוי חמה כולל סייע להוכיח לאיינשטיין נכון לגבי תורת היחסות

ב- 21 באוגוסט, ארצות הברית היבשתית יטופל ליקוי חמה מוחלט שיסנוור את האומה עם התקדמותה מחוף לחוף, החל באורגון וכלה בדרום קרוליינה.





האירוע יהווה הזדמנות מצוינת לבקר מחדש בניסוי פורץ דרך שהתרחש במהלך ליקוי חמה מוחלט, ועזר לאשר את תורת היחסות הכללית של אלברט איינשטיין. ה סוכנות החלל האירופית התייחס לאירוע שמימי זה כ'כנראה הליקוי החשוב ביותר בהיסטוריה של המדע '.

הניסוי ההיסטורי הזה בוצע ב -29 במאי 1919, בדיוק לפני 98 שנה היום. [תורת היחסות של איינשטיין מוסברת (אינפוגרפיקה)]

אלברט איינשטיין היה סלבריטי עולמי במשך רוב חייו, אך זה היה ליקוי חמה מוחלט שעזר להשיק את המדען לתהילה בינלאומית.



אלברט איינשטיין היה סלבריטי עולמי במשך רוב חייו, אך זה היה ליקוי חמה מוחלט שעזר להשיק את המדען לתהילה בינלאומית.(אשראי תמונה: מרכז העיתונות/סטרינגר/גטי)

ניוטון מול איינשטיין

בשנת 1915 פרסם איינשטיין ארבעה מאמרים פורצי דרך שהציגו את תורת היחסות הכללית שלו. אבל באותו זמן, הפיסיקאי התיאורטי יליד גרמניה כמעט ולא היה מוכר לציבור, וחברי קהילת המדע נלחמו בחוזקה בתיאוריה החדשה שלו, על פי כך מדווחים בניו יורק טיימס . בערך בתקופה זו, המודל של המכונה הקלאסית של סר אייזק ניוטון - שנוסח בספרו 'Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica' משנת 1687 - שלט ביצירתו של איינשטיין. נתקלה בספקנות יתרה .

אחד העקרונות המרכזיים של היחסות הכללית הוא שהמרחב אינו סטטי. תנועות האובייקטים יכולות לשנות את מבנה החלל. לעומת זאת, בראייתו של ניוטון על היקום, המרחב הוא 'אינרטי'.



לדעתו של איינשטיין, המרחב משולב בממד אחר-זמן-היוצר 'מרקם' רחב-עולם שנקרא מרחב-זמן. אובייקט נוסע דרך הבד הזה, שיכול להתעקם, להתכופף ולעוות על ידי ההמונים ותנועות החפצים בתוך זמן-מרחב.

דוגמה למקום שבו שתי התיאוריות הללו התפצלו הייתה בנוגע להשפעת הכבידה על האור. למרות שהדינמיקה הקלאסית מנבאת כי כוח הכבידה של כוכב יכול להסיט את דרכו של פוטון, איינשטיין ראה בכך קירוב גס של מה שקורה באמת. לא הכובד של הכוכב שמשך את הפוטון (כפי שניוטון ראה זאת), אלא הכוכב יצר עקומה בחלל, בערך כמו איך שאדם שעומד על טרמפולינה יוצר עקומה על פני השטח. הפוטון הוא כמו כדור המתגלגל על ​​פני הטרמפולינה, ופשוט יעקוב אחר העקומה. מנקודת המבט של הפוטון, הוא תמיד נסע בקו ישר; עיקול הזמן-מרחב הוא שגורם להסטה שלו. לכן, כוח הכבידה הוא ביטוי לעקמומיות החלל. [בתמונות: ליקויי השמש המדהימים ביותר מרחבי העולם]

כל ההמונים גורמים לעקמומיות של זמן-מרחב, אך האפקט עדין, ובדיקת התיאוריה של איינשטיין תדרוש אובייקטים מאסיביים מאוד, כמו כוכבים. כיום, אסטרונומים המסתכלים עמוק אל תוך הקוסמוס צופים באובייקטים עצומים כמו גלקסיות כשהם מעוותים את זמן המרחב ומשנים את נתיב הפוטונים החולפים, ובכך משפיע נקרא עדשה כבידה . האור מאובייקטים הנמצאים מעבר לאובייקט המסיבי מופיע ממש במיקום אחר בשמיים.



אבל בתחילת המאה ה -20 התצפיות האלה עדיין לא היו אפשריות. אירופה הייתה באמצע מלחמת העולם הראשונה, מה שהשאיר את עבודתו של איינשטיין מבודדת בעיקר לקהילת המדעים דוברי הגרמנית . מבלי שיוכל לבדוק ניסוי את התיאוריה החדשה שלו, הרעיון של איינשטיין עלול להיעלם ללא הגבלת זמן בכתב עת על מדף ספרים מאובק.

עם זאת, האסטרונום הבריטי סר ארתור אדינגטון שם לב לרעיונות החדשים המדהימים אך החזקים של איינשטיין לאחר שקיבל הודעה מהפיזיקאי ההולנדי וילם דה סיטר (הולנד הייתה אומה נייטרלית במהלך מלחמת העולם הראשונה) והבין שהוא יכול להוביל ניסוי לבדיקת התיאוריה.

ליקוי החמה הכולל ב- 29 במאי בשנת 1919.

ליקוי החמה הכולל ב- 29 במאי בשנת 1919.(אשראי תמונה: דומיין ציבורי)

מבחן הליקוי

מכיוון שהשמש היא האובייקט המאסיבי ביותר במערכת השמש שלנו, עקמומיות הזמן-מרחב שלה תהיה הדוגמה הבולטת ביותר ביקום המקומי. אבל כדי לבדוק את התיאוריה של איינשטיין, אסטרונומים יצטרכו ללמוד את מיקומם של כוכבי רקע קרוב לקצה השמש (זה איבר). מכיוון שהשמש כל כך בהירה, זה בדרך כלל יהיה שליחות של שוטה - בוהק השמש יהפוך תצפית כזו לבלתי אפשרית.

ואז קרה ליקוי החמה של 1919.

במהלך ליקוי חמה מוחלט, הירח מסתובב ישירות מול השמש וחוסם לחלוטין את האור מדיסק השמש. אירועים יפים אלה אפשרו לתושבי כדור הארץ לקבל הצצה ראשונה לאווירה הממוגנטת של השמש - הקורונה - לפני המצאת הטלסקופ . הירח פועל כנסתר טבעי החוסם את בוהק השמש וחושף מבנים בזוהר החלש יחסית של גזים קורוניים.

בשנת 1917 היה לסר פרנק ווטסון דייסון, האסטרונום המלכותי של בריטניה הגה ניסוי שיתווה את מיקומם של כוכבי רקע קרובים לגוף השמש במהלך ליקוי חמה - ניסוי שאדינגטון יוביל כעבור שנתיים. אם ניתן היה למדוד את מיקומם של הכוכבים במדויק במהלך הליקוי של 1919 ולאחר מכן להשוות אותם עם מיקומם הרגיל בשמיים, ניתן היה לצפות להשפעות של זמן חלל מעוות-מעבר למה שהמכניקה הקלאסית של ניוטון תחזה. אם מיקומם של הכוכבים היה משתנה בדיוק כפי שהתאוריה של איינשטיין ניבאה שהם צריכים להיות, אז זו אולי רק תורת היחסות הכללית הדרושה. סביר להניח שאדינגטון ידע שאם מבחן זה יאשר את תורת היחסות הכללית, הוא יהפוך את ראיית היקום הניוטוני על ראשו.

תצלום זה מ -29 במאי 1919 ליקוי חמה הכולל מציג את אחד הכוכבים המשמשים לאישור אלברט איינשטיין

תצלום זה מ -29 במאי 1919 ליקוי חמה הכולל מציג את אחד הכוכבים המשמשים לאישור תורת היחסות הכללית של אלברט איינשטיין. הנקודה האדומה מראה היכן היה הכוכב ללא הפרעות השמש.(אשראי תמונה: מצפה הכוכבים המלכותי, גריניץ ')

בעקבות ההובלה של אדינגטון, האגודה המלכותית והחברה המלכותית לאסטרונומיה ארגנו משלחות לאזורים הטרופיים של ברזיל ולאי פרינסיפה, מול החוף המערבי של אפריקה, שם ניתן יהיה לראות את הליקוי הכולל. רק במקרה שתקופת הטוטאליות (משך הזמן שהירח חוסם את כל פני השמש) לליקוי החמה בשנת 1919 הייתה אחת הארוכות מבין 20ההמאה, משתרעת על פני כ- 6 דקות. זה הוכיח שזמן מספיק לאסטרונומים למדוד את מיקומם היחסי של כוכבים באשכול הייאדס שהיה ממוקם שימושי ליד האיבר השמש באותה עת.

אף על פי שזמן החלל המעוות הסיט את אור הכוכבים בכמות זעירה (בלתי נראה לעין), התצפיות מברזיל ופרינסיפה נותחו על ידי אדינגטון ותחזיות היחסות הכלליות הסכימו עם התצפית. עיוות הזמן-מרחב על ידי מסת השמש היה אמיתי והחלל האינרגטי של ניוטון הוחלף על ידי תיאוריה חדשה. כשהניו יורק טיימס פרסם את החדשות ב- 7 בנובמבר 1919 נודע איינשטיין לא רק למדענים, אלא גם לא-מדענים.

מאז הליקוי 'החשוב ביותר' לפני 98 שנים, תורת היחסות הכללית נבדקה בדרכים רבות אחרות, כל פעם מוכיחות שהשקפתו המעוותת של איינשטיין על מרחב הזמן היא במידה רבה היקום בו אנו חיים.

עקוב אחר איאן אוניל @astroengine . עקוב אחרינו @Spacedotcom , פייסבוק ו Google+ . מאמר מקורי בנושא guesswhozoo.com .