Tam bir güneş tutulması güzelliğinin yanı sıra başka ne yapabilir? Einstein'ın genel görelilik teorisini kanıtlayın! Wang
Yazar: Wang Shuang (Zhongshan Üniversitesi Fizik ve Astronomi Araştırma Görevlisi)
Editör: Wan Jun
Dün, dünyanın her yerinden gökbilimciler olağanüstü bir görsel şölenin tadını çıkardılar. İnternette toplam güneş tutulmasıyla ilgili çok sayıda canlı yayın ve rapor yapıldı, bu yüzden eğlenceye katılmayacağım. Bununla birlikte, tam güneş tutulmasıyla ilgili olarak, 100 yıldan daha uzun bir süre önce meydana gelen ve gişe rekorları kıran bir filmden daha az heyecan verici olmayan bir hikaye var.
Hikaye 1914'te başlıyor. O yıl Einstein, Bole Max Planck'ın davetini kabul etti ve Kaiser Wilhelm Fizik Enstitüsü müdürü olarak İsviçre'nin Zürih kentinden Berlin, Almanya'ya taşındı. Kulağa oldukça uzun geliyor, değil mi? Ama aslında tüm enstitüde sadece 3 kişi var. İlki, enstitünün yöneticisi ve maskotu olan Einstein'ın kendisidir. İkinci çalışan, Einstein'ın kuzeni, enstitünün sekreteri. Üçüncü çalışan, aynı zamanda Einstein'ın dışarıdan kazdığı tek bilim adamı olan Erwin Freundlich adında genç bir adamdı.
Bu kişi nerede kutsaldır? Einstein onu neden bu kadar ciddiye aldı? Aslında Einstein, Freudrich için çok daha değerliydi, neredeyse bu genç adamı kendi asilzadesi olarak görüyordu.
Burada neler oluyor? Bu soruyu açıklığa kavuşturmak isterseniz bilim tarihinin en güzel teorisi olarak bilinen Einsteinın hayatındaki en büyük teoriye değinmelisiniz. Genel görelilik .
Pek çok insan genel görelilik adını duyar duymaz titrer, bunun gökyüzüne tırmanmak kadar zor olduğunu düşünür Gizemli Mısırlı rahipler gibi küçük bir bilim adamının anlayabileceği bir şeydir. Aslında, bu sadece kötü bir isim.İyi bir ismi değiştirirseniz, pek çok insanı korkutmaz. Genel görelilik teorisine aslında "Einstein'ın yerçekimi" adı verilmelidir.
Newton'un yerçekimini duymuş olmalısın. Diyor ki, dünyadaki herhangi iki nesne arasında, evrensel çekim denen, birbirini birbirine çeken bir kuvvet var. Yerçekiminin büyüklüğü, iki nesnenin kütlesi ile doğru orantılıdır ve uzaklıklarının karesiyle ters orantılıdır. Ama hiç düşündün mü Yerçekimi tam olarak nasıl üretilir? Büyük Sir Newton bile bu soruyu cevaplayamadı. Ancak Einstein, yeni yerçekimi teorisinde bu soruyu yanıtladı.
Einstein'ın yerçekimi teorisini anlamak için birlikte bir düşünce deneyi yapalım.
Üzerinde küçük bir cam topun yuvarlandığı büyük, çok düz bir yatak hayal edin. Başka müdahale faktörü yoksa, cam bilye her zaman düz bir çizgide yuvarlanacaktır. Tamam, şimdi yatağa kocaman bir demir top koy, yatağı hemen çökertecek. Açıktır ki, küçük cam top bu anda büyük demir topun yanından geçerse, yörüngesi değişecektir. Başlangıç hızı yeterince yüksekse, cam küre depresyondan kaçabilir; başlangıç hızı nispeten düşükse, bükülmüş şilteyi aşağı yuvarlayacak ve sonunda büyük demir topa çarpacaktır.
Şimdi lütfen hayal gücünüzü kullanın. Küçük cam topun batık şilte boyunca aşağı yuvarlandığı sahne, küçük cam topun büyük demir topun ilgisini çekmesine benziyor mu? Gerçekten benzer, değil mi?
Pekala, şimdi yatağı zaman ve mekanın kendisi, küçük cam topu toprak ve büyük demir topu güneş olarak düşünün. Einstein, güneşin varlığının uzay-zamanı bükeceğini ve uzay-zamanın çevreleyen nesneler üzerindeki etkisinin, bu nesneleri güneşe doğru çeken yerçekimi kuvvetine tam olarak eşdeğer olduğunu kanıtladı. Başka bir deyişle, yerçekimi aslında, başlangıçta düz olan uzay-zamanı büken bir kütle nesnesinin sonucudur. Zaman ve uzayın eğriliği evrensel çekimin kaynağıdır Bu, Einstein'ın yerçekimi veya genel göreliliğin ana fikridir. .
Zamanı ve uzayı büken güneş ve güneşe doğru çekilen dünya. Resim kaynağı: news18.com
Bazı insanlar sormaya devam edebilir: "O zaman Newton'un yerçekimi ile Einstein'ın yerçekimi arasındaki fark nedir?" Bu bizi daha önce bahsedilen Freundlich'e geri getiriyor. Newton'un yerçekimini ve genel göreliliği test etmenin daha güvenilir bir yolunu düşündü. Bu yönteme "ışık saptırma" adı verilir.
Size bir resim gösterin, ışık sapmasının ne olduğunu anlayabilirsiniz. Çizim: Xiaomi
Güneşin arkasında bir yıldız olduğunu varsayalım. Bu yıldızın yaydığı ışık güneşin yakınından geçtiğinde, güneşin yerçekimi tarafından yönünü değiştirecektir. Bu sayede ilk yıldızın yaydığı ışık ile nihayet gözümüze çarpan ışık arasında sapma açısı denilen bir açı olacaktır. En önemlisi, Newton yerçekimi ile hesaplanan sapma açısının, genel görelilik tarafından hesaplanan sapma açısından farklı olmasıdır. Bu nedenle, bu sapma açısının boyutu gerçekten ölçülebildiği sürece, Newton kütlesel çekiminin daha güvenilir mi yoksa genel göreliliğin daha mı güvenilir olduğu yargılanabilir.
Işık sapması ile ilgili olarak, konuşulacak iki bilgi noktası daha var.
İlk nokta, yukarıdaki resmin aslında oldukça abartılı olması ve gerçek sapma açısının çok daha küçük olmasıdır. Ne kadar küçük Günlük hayatta bir açının boyutunu ifade etmek için en sık kullanılan birim "derece" dir. Örneğin, bilinen dik açı 90 derecedir. Ancak "derece" birimi daha da alt bölümlere ayrılabilir. Hepimizin bildiği gibi, bir saat 60 dakikaya, bir dakika 60 saniyeye bölünebilir. Benzer şekilde, 1 derece 60 "ark dakikasına" ve 1 yay dakikası 60 "ark saniyesine" bölünebilir. Bir dik açıyı eşit olarak 90 parçaya böldüğünüzü hayal edin, 1 parçası 1 derece; sonra bu 1 dereceyi 3.600 parçaya ve 1 parçayı 1 yay saniyesine böldüğünüzü. Bu nedenle, 1 yay saniye kabaca 5 kilometre uzağa yerleştirilen bir madeni paraya karşılık gelen açılma açısına eşittir.
Yay saniyesi kavramını bilerek, güneşin yerçekiminin neden olduğu sapma açısından bahsedebiliriz. Newton'un yerçekimi, bu sapma açısının 0.87 ark saniye olduğunu öngörürken, Einstein'ın 1911'deki hesaplaması 0.83 ark saniyeydi. Işık sapmasının gözlemlenmesi, hangisinin doğru olduğu bu iki değeri birbirinden ayırt etmektir.
İkinci nokta, normal koşullar altında bu gözlemin basitçe yapılamayacağıdır. Nedeni basit. Güneşin kendisi çok güçlü ışık yayar, bu nedenle uzaktaki bir yıldızdan gelen zayıf yıldız ışığı, güneşe yaklaşır yaklaşmaz güneş ışınları tarafından yutulacaktır. Diğer bir deyişle, ışığın sapmasını gözlemlemek istiyorsanız, güneş ışığını engellemenin bir yolunu bulmalısınız. Bu nedenle, bu gözlem tam bir güneş tutulması sırasında yapılmalıdır.
Bu arada, bir cümle daha. Tam bir güneş tutulması çok nadirdir ve buna sahip olmak birkaç yıl alır. Tam bir güneş tutulması meydana gelse bile, dünyanın sadece küçük bir kısmı görülebilir, çünkü ayın gölgesi sadece birkaç kilometre genişliğindedir. Örneğin, dünkü "2017 ABD tam güneş tutulması", ABD'nin çoğu bölgesi yalnızca kısmi bir güneş tutulması görebilir ve yalnızca dar bir "tam güneş tutulması kuşağında" bulunan alanlar gerçek bir tam güneş tutulması görebilir.
Hala hikayemize devam edin. 1913'te Freundlich, Einstein'a, genel görelilik teorisinin doğru olup olmadığını test etmek için toplam güneş tutulması sırasında ışığın sapmasını gözlemlemeyi planladığını yazdı. O sırada Freundlich bir bayanla yeni evlenmişti. Einstein, Freudrich'leri balayı için hemen Zürih'e davet etti. Sonuç olarak, Freundlich ön ayağıyla Zürih'e yeni gelmişti ve Einstein, yeni karısını ve balayını bir kenara bırakarak çeşitli akademik konferanslara katılmak için arka ayağını tuttu.
Einstein, Berlin'e taşındıktan sonra, genç adamı hemen kendi araştırma enstitüsüne çıkardı ve gözlem planının ortalıkta dolanmasını desteklemek için hiçbir çabadan kaçınmadı ve hatta parasını kendi cebinden ödedi. Einstein'ın tam desteğiyle Freundlich, tam güneş tutulmasını gözlemlemek için gereken parayı hızla topladı. Ancak gerçekler, bu gözlem faaliyetinin tamamen bir sehpa olduğunu kanıtladı - üzerine fincanlar yerleştirildi.
1914 yazında Freundlich, Rusya'nın Kırım Yarımadası'na bir Alman seferi düzenledi. Planları, 21 Ağustos'ta meydana gelecek tam güneş tutulmasını yerel olarak gözlemlemek. Ancak ne yazık ki Temmuz ayının sonunda Birinci Dünya Savaşı çıktı ve Almanya ve Rusya düşman ülkeler oldu. Rus yetkililer bu Almanları casus olarak gördü ve hepsini tutukladı. Freudrich'e eşlik eden William Campbell (William Campbell) adlı Amerikalı bir gökbilimci de vardı. Ruslar şefkat gösterdi ve onu yakalamadı ve gözlemlemeye devam etmesine izin verdi. Ne yazık ki, 21 Ağustos'ta Kırım Yarımadası'nın tamamı kapalıydı ve Campbell tam bir güneş tutulması göremedi.
Einstein haberi duyduktan sonra son derece hayal kırıklığına uğradı. Ancak ironik bir şekilde, bu başarısız gözlem onun için iyi bir şeydi. Bir yıl sonra, orijinal hesaplamasının yanlış olduğunu buldu: genel görelilik tarafından verilen gerçek sapma açısı 1,74 arcsaniye olmalıdır. Ancak o sırada tüm dünya I.Dünya Savaşı bataklığındaydı. Herkes güvencesiz olduğunda, gizemli ve gizemli yeni bir yerçekimi teorisini doğrulamaya kimin niyeti olabilir?
Buna takıntılı bir kişi var. Ünlü İngiliz gökbilimci Eddington'dur.
Sör Arthur Stanley Eddington. Resim kaynağı: Wikipedia
Eddington, Birleşik Krallık'taki genel göreliliğin en büyük destekçisidir. Bu teoriye olan sevgisi, Einstein'ın kendisinden aşağı değildir. Bu nedenle, Einstein düşman bir bilim adamı olmasına rağmen, Eddington hala her yerde genel göreliliği teşvik etmek için hiçbir çabadan kaçınmadı.
Ancak Birinci Dünya Savaşı sırasında Eddington da nehri çamurlu bir bodhisattva ile geçti ve kendini koruyamadı. Bunun nedeni pasifist olması ve askerlik yapmayı hiç reddetmesiydi, sonuç olarak İngiliz yetkilileri kızdırdı ve neredeyse hapse atıldı. En kritik anda, saygın kraliyet astronomu Frank Dyson yardıma geldi. İngiliz yetkililere koştu ve İngiliz astronomi topluluğunu ünlü kılmak için artık büyük bir fırsat olduğunu söyledi: 29 Mayıs 1919'da büyük ölçekli bir tam güneş tutulması olacak; bu tam güneş tutulması sırasında gözlemlenebilirse Uzak yıldız ışığının sapması, Newton'un yerçekiminin doğru olup olmadığını test edebilir.
Bu öneri İngiliz yetkilileri etkiledi. Dyson, bu tam güneş tutulmasını gözlemleme faaliyetinin çok profesyonel bir gökbilimci tarafından yönetilmesi gerektiğini ve Birleşik Krallık'ta Eddington'dan daha uygun bir kişi olmadığını söyleme fırsatını hemen yakaladı. Suçtan onun sorumlu olmasına izin vermek daha iyi. Bu tam güneş tutulmasının gözlemlenmesi.
Böylelikle Eddington kılık değiştirmiş bir lütuftu, sadece askerlik hizmetinden muaf tutulmakla kalmadı, aynı zamanda hayalini kurduğu Genel Göreliliği test etme fırsatını da elde etti.
8 Mart 1919'da Birleşik Krallık, biri Afrika'daki Principe Adası'na, diğeri Brezilya'daki Sobler köyüne giden iki sefer gönderdi. Eddington, Principe Adası'na gitti. Ne yazık ki 29 Mayıs'ta güneş tutulması gerçekleştiğinde, Principe Adası'nın üzerinde bulutlar vardı. Tutulma sırasında bulutlar sadece kısa bir süre için dağıldı. Böylece Eddington 16 fotoğraf çekti ve bunlardan sadece ikisi çalıştı. Sobril Köyü'ne giden sefer ekibi çok daha şanslıydı ve toplamda 8 adet kullanılabilir fotoğraf çektiler.
Eddington tarafından 1919'da çekilen güneş tutulmasının fotoğrafı. Resim kaynağı: Wikipedia
Aynı yılın 6 Kasım'da Eddington, Royal Society'de nihai ölçüm sonuçlarını açıkladı: Afrika'ya giden grubun aldığı sapma açısı 1.61 ark saniye iken Brezilya'ya giden grubun aldığı sapma açısı 1.98 ark saniye. Bu sonuçların her ikisi de Einstein'ın genel görelilik teorisine daha yakındır.
Bu sonuç dünya çapında büyük medyada manşetlere taşındı ve aynı zamanda Einstein'ın bir anda bilim sunağına yükselmesini sağladı.
Son olarak, ilginç bir hikaye ekleyin. Eddington ekibinin gözlemlediği birkaç gün boyunca Einstein o kadar gergindi ki uykusunu kaybetti. Sonra Einstein'ın uykusuzluğunun haberi Eddington'ın kulaklarına ulaştı. Bununla alay etti: "Bu, Einstein'ın kendisinin genel göreliliği çok iyi anlamadığını gösteriyor. Genel göreliliği benim kadar anlarsa, kesinlikle huzur içinde uyur. Genel görelilik haklı olmalı, yoksa nazik olacağım. Tanrı pişmanlık duyar. "
Yazarın kartvizit
Dizgi: Xiaolan
Başlık resminin kaynağı: 123RF
Bireyler arkadaş çevresine iletebilirler
Bu makale Guo kabuk ağından geliyor
Lütfen yeniden basım için yetki ile iletişime geçin: sns@guokr.com
Başvuru için lütfen bilimselguokr@163.com ile iletişime geçin.
İnsanları seçmede vizyonumun ne kadar iyi olduğunu görün, neden bana bir başparmak vermiyorsun?
