Yüz yıl önce bir güneş tutulması Newton'u devirdi ve Einstein'ı savundu
29 Mayıs 1919'da dünya tarihi yeniden yazıldı. Yüzlerce yıldır, Isaac Newton'un evrensel çekim yasası - evrendeki her şeyin çekim yasası - akademik dünyada sarsılmaz bir konuma sahip çünkü o dönemde neredeyse tüm astronomik gözlemler Newton'un öngörüleriyle uyumluydu. Mükemmel uyum. Ancak 19. yüzyılın ortalarında, Merkür'ün yörüngesi gökbilimciler tarafından da gözlemlendiğinden, Newton'un tahminleri bu sonuçtan saptı. Sonuç olarak, birçok bilim insanı, hataların nedenlerini açıklamak için çok çalıştı.
Newton Einstein
Belki bilim adamlarının Newton'un yerçekimi yasasını değiştirme zamanı gelmiştir. Özel görelilik teorisi doğduğunda, insanların bu dünyada "mutlak mesafe" diye bir şeyin olmadığı sonucuna vardıkları en ikna edici kanıt ortaya çıktı. Newton'un teorisi, görelilik teorisini bir kez daha ihlal eden anlık bir kuvvetin varlığını öngördü. 1915'te Einstein, yeni bir alternatif yerçekimi teorisi önerdi: genel görelilik. Newton'un teorisini yıkmak ve tam bir güneş tutulmasını beklemek için kullanın. Yüz yıl sonra, Einstein'ın teorisinin doğru olduğu ortaya çıktı. Sonra bu efsaneyi herkese açıklayacağım.
Tam güneş tutulması gibi astronomik fenomenler, Einstein'ın teorisini doğrulamak için eşsiz bir fırsat sağlayabilir, çünkü diğer uzak gök cisimlerinin ışık yolları, güneşin yanından geçerken sapacak, ancak yine de Dünya'daki güneş gözlemcileri tarafından görülebilir. Çünkü güneş ay tarafından tamamen karartıldığında gökyüzü de kararır. Bu yöntem, Einstein'ın genel görelilik teorisini ilk kez kanıtlamak için 29 Mayıs 1919'da uygulandı.
Güneş tutulması şematik diyagramı
Bu yüzyılda, Einstein'ın genel görelilik teorisi, insanlık tarihindeki en başarılı teoridir. GPS sinyallerinin düzeltilmesinden yerçekimsel kırmızıya kaymaya, yerçekimsel merceklemeden kara deliklerin birleşmesine, hatta pulsarların zamanlamasına ve Merkür yörüngesine kadar. Genel göreliliğin tahminleri insanları asla hayal kırıklığına uğratmadı.
Bu teori 1915'te ilk kez tamamlandığında, Einstein onu Newton'un yerçekimi teorisinin yerini almak için kullanmaya çalıştı. Açıktır ki, selefi Newton'un başarısı için tekrar edilebilecek olsa da; Newton'un teorisinin tespit edemediği Merkür yörüngesi için bir açıklama da verebilir, ancak bu yeni tahmin en titiz deneyden geçmelidir. Newton'un zamanında evrensel çekim yasası tarafından verilen tahminden çok farklıdır. Ve tam bir güneş tutulması, benzersiz ve basit bir fırsattır.
Genel göreliliğin çarpık diyagramı
Güneş sistemini keşfetmek için tanıtılan yıldızların ve gezegenlerin uzay eğrilikleri, tüm uzay araçları tarafından gözlemlenebilecek sonuçlarda dikkate alınmalıdır. Genel göreliliğin etkileri, son derece ince etkiler bile, uzay araştırmalarına, GPS uydularına ve güneşten geçen ışık sinyallerini tespit etmeye uygulandığında göz ardı edilemez. (Referans: NASA / California Institute of Technology Jet Propulsion Laboratory, Cassini misyonu, NASA / JPL-CALTECH, CASSINI MİSYONU İÇİN)
Newton'un yerçekimi teorisinde, kütlesi olan nesneler birbirini çeker; kütlesi olmayan ışığın bile enerjisi vardır, bu nedenle Einsteinın kütle-enerji denklemi E = mc² (m = E / c²) aracılığıyla, Etkili kütlenin bir kısmı ona verilir; Işık kuantumunun büyük bir kütlenin (nesnenin) yanından geçmesine izin verirseniz, bu etkili kütleyi yıldız ışığının ne kadar büküldüğünü ve aldığınız şeyin doğru bir değer olduğunu tahmin etmek için kullanabilirsiniz. Güneşin kenarında, bu değer 1 ark saniyeden azdır, yani 1 ° 'nin 1 / 3600'ü (0.01592 °).
Ancak Einstein'ın genel görelilik teorisinde zaman ve uzay, kütlenin ortaya çıkmasıyla bozulur, ancak Newton'un teorisinde yerçekiminden yalnızca uzayda hareket eden bir nesne etkilenir. Bu, Einstein'ın teorisinin, Newton'un teorisi "2" nin ek faktörünü öngördüğü ve güneşe yakın ışığın sapma açısını 2 ark saniyeye yaklaştırdığı anlamına gelir. (Aslında, özellikle ışık kuantumu varsayılan kütleye daha yakın olduğunda 2'den fazla olmalıdır.)
Newton ve Einstein'ın görüşlerinin karşılaştırılması (Kaynak: NASA)
Kütleçekimsel merceklemenin bir açıklaması, arka plandaki galaksinin veya herhangi bir ışık yolunun görünen ara kütle tarafından nasıl bozulduğunu ortaya koyuyor, ancak aynı zamanda uzayın ön plan kütlesi tarafından nasıl büküldüğünü ve bozulduğunu da gösteriyor. Einstein genel görelilik teorisini önermeden önce, 1919'daki güneş tutulması hipotezini kanıtlayana kadar (hatta sonrasında) birçok argüman hala sorgulanmaya değer olsa da (o sırada) bükülmenin kaçınılmaz olarak ortaya çıkacağını biliyordu. . Newton ve Einstein'ın eğilme derecesine ilişkin hipotezleri çok farklıdır çünkü genel görelilikte, zaman ve mekân kaliteden etkilenir.
Newton'un 1687'de önerilen yerçekimi teorisi olağanüstü bir evrensel yasadır: iki kütle nesnesini evrenin herhangi bir köşesine yerleştirin ve aralarındaki mesafe verildiğinde, aralarındaki çekim kuvvetini hemen bilebiliriz. . Yerdeki demir toplara, gökyüzündeki yıldızlara kadar, hareketlerinin tümü bu teori ile açıklanabilir. Önümüzdeki 200 yıl içinde, herhangi bir kaçırılmadan birkaç benzer doğrulamadan geçti. Bununla birlikte, zahmetli bir gözlemde, gerçeklik, Newton'un teorisinden tamamen uzak olabilir: yani, güneş sistemindeki en içteki gezegenlerin hareketinin ayrıntılarını gözlemlemek.
Fransız gökbilimci Le Verrier, Uranüs'ün anormal yörüngesini ölçtükten ve Neptün'ü keşfettikten sonra, Merkür'ün anormal yörüngesi sorununu çözmeye odaklandı. Bir hipotez ortaya attı, iç gezegen Zhu Rongxing'in (Vulkan Yıldızı olarak da bilinir) varlığını tahmin etti ve açıklamaya çalıştı. Aslında Zhu Rongxing mevcut olmasa da, Le Verrier'in Einstein'a son cevabı veren, genel göreliliği kanıtlayan kapsamlı hesaplama çalışmasıydı. (Wikimedia Commons, kullanıcı REYK)
Her gezegenin yörüngesi kabaca eliptiktir. Ancak bu eliptik yörünge tam anlamıyla durağan değildir, bu gezegenler her devrimden sonra evrende aynı konuma geri dönmezler, hatta presesyon da yaparlar. Uzayda gözlemlenirse, devinim hareketi eliptik yörüngenin çok yavaş da olsa dönmesine neden olur. Merkür, 16. yüzyılın sonunda Tycho tarafından inanılmaz bir doğrulukla gözlemlendiği için, (o zamanlar) 300 yıldan fazla bir süredir çok doğru verilere sahibiz ve sorunları çözme yolları gelişmiş hale geldi.
Presesyonun şematik diyagramı
Newton'un teorisine göre, Dünya'nın ekinoksunun devinimi ve diğer gezegenlerin Merkür üzerindeki yerçekimi etkisi nedeniyle, Merkür'ün yörüngesinin her 100 yılda bir 5.557 saniye ilerlemesi gerekir. Ancak gözlem sonuçlarında, bu değerin yüz yılda 5,600 saniye olması gerektiğini bulduk. 100 yılda 43 saniyelik (veya yılda 0.00012 dereceye çevrilen) bu fark, Newton'un klasik mekaniğin teorik çerçevesinde açıklanamaz. O zamanlar insanlar ya Merkür yörüngesinin içinde bir gezegen olduğuna (gözlemin dışında bırakıldı) ya da mevcut yerçekimi teorimizde bir sorun olduğuna inanıyorlardı.
İki farklı yerçekimi teorisine göre Merkür'ün yörüngesini açıklarken, diğer gezegenlerin eylemi ve dünyanın hareketi ortadan kaldırıldığında, Newton'un hipotezi kapalı bir elips olma eğilimindeyken, Einstein'ın hipotezi bir devinim olma eğilimindedir. Elips. (Wikimedia Commons, KSMRQ kullanıcısı)
Ancak Einstein'ın teorisi bu hatayı açıklıyor gibi görünüyor. Yerçekiminin, kütleler arasındaki karşılıklı çekimden değil, uzamsal yapıda bir eğri boyunca hareket eden madde ve enerjiden ve sonra içinden geçen nesnelerden kaynaklandığı genel görelilik çerçevesini oluşturmak için uzun yıllar harcadı. Yerçekimi alanı zayıf olduğunda, Newton yasası, Einstein'ın teorisinin sonucundan daha iyi bir tahmindir.
Ancak, kütleye yakın veya yüksek hıza yakın olduğunda, Einstein'ın hipotezi Newton'un hipotezinden farklıdır.Einstein'ın hipotezi, yüz yılda 43 saniyelik bir hata öngörür. Ancak bilimsel bir teoriyi alt üst etme eşiği o kadar düşük değildir. Eski bir teoriyi değiştirmek istiyorsanız, Yeni doktrin aşağıdakileri gerçekleştirmelidir :
- Eski teorinin sonuçlarını yeniden üretin (aksi takdirde, bazı yönlerden eski teori hala ilerlemiştir),
- Miras alınamayan yöntemdeki eski teoriyi miras alın (aksi takdirde, yeni teoriniz eski teorinin ortaya çıkardığı sorunları açıklamak için kullanılamaz),
- Daha sonra kanıtlayabileceğiniz ve eski ve yeni fikirleri birbirinden ayırabileceğiniz bir hipotez oluşturun (aksi takdirde doktrininizin bilimsel tahmin gücü yoktur),
Einstein için son adım, tutulmayı beklemektir.
Işık bükülmesinin şematik diyagramı
Tam bir güneş tutulmasında, yıldızların konumu gerçekte bulundukları yerden farklıdır çünkü güneş - bu devasa ara kütle - ışığı büker. Sapma derecesi, uzaydaki alandan geçen ışık dalgasının yerçekimi kuvvetinin gücüne göre belirlenecektir. (E. SIEGEL / GALAXY'NİN ÖTESİNDE)
Gece gökyüzünde yıldızlar parladığında, birkaç ışık yılı uzaktan gözümüze giren yıldız ışığı evrenin farklı yerlerinden gelir. Newton haklıysa, bu, ışığın ya içinden geçtiği herhangi bir kütle tarafından saptırılmadan düz bir çizgiden dünyaya ulaşacağı (ışığın kütlesi yoksa) ya da kütle ve enerjinin eşdeğerliğinden dolayı yerçekimsel olarak etki edeceği anlamına gelir. Eğilme meydana gelir. (Sonuçta, E = mc² olduğunu düşünürseniz, ışığın efektif kütlesinin m = E / c² olduğunu da varsayabilirsiniz)
Bununla birlikte, Einstein'ın teorisi, özellikle ışık çok yakın mesafelerde büyük bir kütle kütlesinden geçtiğinde, iki durumdan farklı bir hipotez sağlar. Ekstra 2 faktörü (veya 2'nin fazladan trilyonu) Einstein'ın teorisinde benzersiz ve doğru bir tahmindir ve bir yılda iki gözlem fırsatı ile kanıtlanabilir.
Işık bükülmesinin şematik diyagramı
Bazı insanlar Newton'un yerçekiminin, Newton mekaniğinin yasaları ve kütle-enerji denklemi E = mc² ile açıklanabilecek sapma ve sapmayı öngördüğünden şüphe duyacak olsa da, Einstein'ın en eksiksiz ve güvenilir tahmini Newton'unkine eşit değildir. aynısı. (NASA / Uzay Çağı / Goddard Uzay Uçuş Merkezi, Jim Lochner ve Barbara Mattson)
Dünyaya yakın olduğunu bildiğimiz en büyük malzeme güneştir.Güneş ışığı, yıldız ışığını genellikle gündüz çıplak gözle görünmez kılar. Yıldız ışığı, Einstein'ın ifadesine atıfta bulunarak güneşin kenarından geçtiğinde, ışık yolunu bir viraj gibi göstererek kavisli bir uzay boyunca hareket eder. Bununla birlikte, tam bir güneş tutulması sırasında, ay güneşin önündedir ve güneş ışınlarının çoğunu engeller, günü gece kadar karanlık yapar, bu da gün boyunca yıldızları gözlemlemek için mükemmel bir fırsat yaratır.
Gezegenlerin gökyüzündeki konumlarını önceden ölçtüyseniz ve yeterince kesin bir doğruluğa ulaştıysanız, bu gezegenlerin hareket edip etmediğini de öğrenebilirsiniz - bu arada, yakınlardaki devasa kütle nedeniyle ne kadar hareket ettiklerini de öğrenebilirsiniz. belirir. Yay saniyesinden daha yüksek doğrulukta bir sapma konumunu tespit edebilirseniz, bunun Newton mu, Einstein mı yoksa ikisi mi olduğunu derinden anlayabilir ve doğru sonuca varabilirsiniz.
1900 güneş tutulması
Yıldızlı gökyüzünün bir fotoğrafının 1900'de (yukarıda) bir güneş tutulması sırasında çekildiği doğrulandı. Hem korona hem de yıldızlar tanımlanabilse de, yıldızların kesin konumunun genel göreliliğin doğruluğunu test etmek için yeterli olmadığını belirtmek gerekir. (Shebert Uzay ve Bilim Müzesi)
1902 güneş tutulması
Tam bir güneş tutulması sırasında alınan güneşin birçok olumsuzluğu, önceki koronanın belirli ayrıntılarını ve ayrıca gün içindeki yıldızların görünüm ve varoluş yerlerini ortaya çıkarmıştır. Bununla birlikte, bunun gibi önceden var olan fotoğrafların hiçbiri test için kullanılan kaliteye ulaşmamıştır ve doğruluğu gereksinimlere bağlı değildir; yıldız ışığının sapmasını ayırt etmek çok zor bir fenomendir, bu nedenle tespit etmek için çok hassas ölçüm yöntemleri gerekir. !
Einstein 1915'te genel görelilik teorisini tamamladıktan sonra, bu teoriyi test etme şansı vardı: 1916'da, Birinci Dünya Savaşı teste müdahale etti; 1918'de, gözlem girişimi bulutlarla örtüldüğü için sona erdi; 1919'a kadar Yalnızca bir test başarılı oldu. Gökbilimci Arthur Eddington, bu yıldızların konumlarını fotoğraflamak ve ölçmek için biri Brezilya, diğeri Afrika olmak üzere iki ekibe ayrılan bilimsel bir keşif ekibi kurdu. Bu toplam güneş tutulmasının, 20'nci yüzyılda yaklaşık 7 dakika süren en uzun toplam güneş tutulması olduğunu belirtmekte fayda var.
1919 Eddington bilimsel keşif gezisinde, hem olumlu hem de olumsuz olarak toplanan fotoğraflar, (bazı rahatsız edici çizgiler olsa da), güneş ışığının sapmasını ölçmek için yararlı olarak tanımlanan yıldızların konumunu gösterdi. Bu, insanlık tarihinde genel göreliliğin doğrudan ve deneysel olarak kanıtlandığı ilk zamandır. (Eddington ve diğerleri, 1919)
Bu gözlemlerin etkisi ezici ve son derece geniş kapsamlı: Einstein'ın teorisi tamamen doğrudur ve Newton'un hipotezi, güneşin yıldız ışığını saptırdığı gerçeği karşısında tamamen tersine çevrilmiştir. İspat sürecinde kullanılan veriler ve analiz tartışmalı olsa da, birçok kişi bunu, Einstein'ın öngörüsünü kanıtlayan böyle bir sonuç elde etmek için "kitabı pişirmek" için Eddington'u (hatta bazı insanlar hala yapıyor) mahkum etmek için kullanıyor. Güneş tutulmasıyla ilgili gözlemler, genel göreliliğin Newton'un yerçekiminin ötesinde çözülmemiş gizemleri çözmek için kullanılabileceğini hala doğrulamaktadır.
Einstein ve Eddington
Eddington'un çalışmasının dikkatli bir şekilde yeniden analizinden sonra, sonuçların gerçekten de genel göreliliğin doğruluğunu kanıtlamak için kullanılabileceğini gösterdiğini belirtmek gerekir. Dünyanın her yerindeki gazete yazarları bu büyük başarıyı teşvik etmeye başladılar. Yüz yıl sonra bile bu yüzyılda, dünyanın en iyi bilim yazarlarından bazıları hala bu büyük başarı hakkında edebi eserler yayınlıyorlar.
İlginç bir şekilde, o sırada New York Times ve London Illustrated News'de manşetlerin kalitesi ve derinliğinde büyük bir fark vardı ve bu, iki ülkeden gazetecilerin bu inanılmaz bilimsel atılım için heyecan ve azimlerini gösteriyordu. Her durumda, ışık kütleye yakın olduğunda bükülür ve bükülme derecesinin gerçekten de Einstein'ın hipoteziyle uyumlu olduğu kanıtlanmıştır. (New York Times, 10 Kasım 1919 (L); London Illustrated News, 22 Kasım 1919 (R))
Etkinliğin yüzüncü yılı sırasında. Einstein'ın genel görelilik teorisinin yerçekimi ilkesini açıklamadaki lider konumunu belirleyen ve onu insanlığın önde gelen teorisi yapan bu bilimsel keşiftir. Newton'un klasik mekaniği hala çok kullanışlıdır, ancak yalnızca sınırlı koşullar altında geçerlidir, bu da onu Einstein'ın teorisine bir yaklaşım haline getirir.
Einstein sonraki yıllarında
Aynı zamanda genel görelilik, sürükleme etkilerinin, yerçekimi dalgalarının vb. Varlığını başarıyla tahmin etmeye devam etti ve tahminlerinin aksine astronomik gözlemlerle de karşılaşabilir. Bu, yüz yılın geçişini işaret ediyor, genel görelilik teorisinin çıkarıldığı günü anıyor ve hatta gelecekte genel göreliliğin bile devrilebileceği anlamına geliyor. Evrenin tüm gizemlerini anlamak bizim için kesinlikle imkansız olsa da, tıpkı kuantum teorisinde yerçekiminin ne olduğunu anlamadığımız gibi, bu da bilinen tüm günlerimizi anmaktır. Kesin kanıtın üzerinden yüz yıl geçti ve en iyi yerçekimi teorimiz hala onun gelişimini durdurmayacak.
Referans
1. Wikipedia Ansiklopedisi
2. Astronomik terimler
çeviri: Sevmek
yazar: Ethan Siegel
İlgili herhangi bir içerik ihlali varsa, silmek için lütfen 30 gün içinde yazarla iletişime geçin
Lütfen yeniden basım için yetki alın ve bütünlüğü korumaya ve kaynağı belirtmeye dikkat edin
