STAznanost
Naravoslovje in tehnika

Ob Sončevem mrku pred 100 leti potrdili Einsteinovo splošno teorijo relativnosti

Ljubljana, 5. julija - Angleški astronom Arthur Eddington je pred sto leti ob Sončevem mrku, kakršen je bil nedavno viden z južne poloble, potrdil splošno teorijo relativnosti Alberta Einsteina. Ko je Luna 29. maja 1919 zakrila Sonce, mu je s fotografskimi metodami uspelo ugotoviti odklon svetlobe zvezd zaradi gravitacije, kar je bil za takratni čas velik dosežek.

Od posebne do splošne teorije relativnosti

Kot je za STA pojasnil Andrej Guštin iz Društva matematikov, fizikov in astronomov Slovenije, je Einstein leta 1905 razvil posebno teorijo relativnosti, ki govori o tem, da je svetlobna hitrost največja hitrost v vesolju in da čas ne teče za vse opazovalce enako, kar je bilo za tisti čas zelo revolucionarno. Zatem se je lotil razvijanja splošne teorije relativnosti - za primere, ki se nanašajo na gravitacijo oziroma težnost.

"Do leta 1915 je razvil to zelo komplicirano matematično formulacijo, pri kateri si poenostavljeno lahko predstavljamo, da imamo tri prostorske ter časovno dimenzijo. Prostor, kot ga dojemamo, ni raven v primeru, da je v njem neko masivno telo, saj to telo prostor ukrivi. To pomeni, da svetlobni žarek, namesto da bi šel po prostoru naravnost, kot si predstavljamo, ob masivnem telesu zavije, se nekoliko odkloni," je pojasnil Guštin.

Po njegovih besedah je to mogoče opaziti samo pri velikih masah, kot je Sonce: če gre svetlobni žarek blizu njegovega površja, je mogoče s fotografskimi metodami ugotoviti, da ta žarek ne potuje naravnost.

Einsteinovo teorijo potrdil angleški astronom ob Sončevem mrku

Eddington, ki je bil kot vrhunski astronom sposoben izredno natančnih meritev s takratno opremo, je 29. maja 1919, na popolni Sončev mrk, izvedel meritev odklona svetlobe zvezde v bližini Sonca na otoku Principe ob zahodni obali Afrike - druga ekspedicija, ki ni bila tako uspešna, je bila v brazilskem mestu Sobral.

"Popolni Sončev mrk je zelo ugodna priložnost za to, saj Luna zakrije Sonce, zvezde pa se sredi belega dne načeloma ne vidijo, čeprav jih je nekaj vedno v bližini Sončeve ploskve. Astronomi že stoletja znajo izredno natančno izmeriti položaje zvezd, ker točno vedo, kje je kakšna. In pri Sončevem mrku se izkaže, da se zvezde, ki so blizu Sonca, nekako premaknejo iz leg, kjer so, ko Sonca na nebu ni. Z izračuni je mogoče ugotoviti, ali je ta premik res tisto, kar je napovedal Einstein. Eddingtonu je to uspelo," je pojasnil Guštin.

Njegovo potrditev Einsteinove splošne teorije je ponazoril takole: "Zamislimo si, da vidimo na nebu Sonce in zraven zvezdico. Ko ju gledamo z Zemlje, narišemo premico med obema. Ker gre svetloba zvezde blizu Sonca, pa v resnici ni na ravni črti, ampak je na drugi poziciji oziroma za Soncem, to pa zato, ker Sonce ta prostor zaradi gravitacije ukrivi."

"Učinek, da se pot svetlobe spremeni, je viden, ko gre svetloba blizu masivnega telesa, kot je Sonce, ki je za 300.000-krat večje od Zemlje. Je sicer majhen, a vendar merljiv. V primeru zvezde na nebu vidimo, da se za malenkost premakne od svoje siceršnje lege, če je šla njena svetloba v neposredni bližini Sonca," je povedal Guštin.

Teorijo v vesolju potrjuje več primerov

Primerov v vesolju, kjer je treba upoštevati Einsteinovo splošno teorijo relativnosti, je po njegovih besedah veliko. Vse skupaj pa se je začelo ob "težavah" z orbito Merkurja. "Astronomi so že dolgo vedeli, da se giblje okrog Sonca malce narobe. Predstavljati si moramo, kot da je Sonce neka ogromna krogla na platnu, ki naredi nekakšno vdolbino. In ker je Merkur zelo blizu, kroži okrog Sonca po tej kotanji. To kroženje Merkurja v bližini Sonca je mogoče opisati v okviru splošne teorije relativnosti, sicer pa ne, ker po predhodnih predpostavkah, da je prostor raven, Merkurjeve orbite ni mogoče razložiti."

Da teorija vzdrži, je v vesolju po Guštinovih besedah še vrsta dokazov, kot je gravitacijsko lečenje v primeru dveh galaksij, pri čemer težnost bližnje galaksije kot nekakšna leča preusmerja svetlobo bolj oddaljene galaksije. Upoštevati jo je treba tudi pri npr. GPS satelitih, saj bi se ti brez relativističnih popravkov po nekaj urah izgubili.

Zadnjih 100 let zgolj potrjevanje Einsteina

Posledica Einsteinove splošne teorije relativnosti so tudi gravitacijski valovi, ki so bili odkriti pred nekaj leti. "Torej v zadnjih 100 letih ni šlo za nič drugega kot za potrjevanje napovedi Einsteinove teorije. Astronomi recimo tudi planete v okolici drugih zvezd, ki jih ne morejo videti neposredno, odkrijejo tako: ko gre planet pred zvezdo, torej med nami in zvezdo, odkloni svetlobo zvezde in je to mogoče izmeriti. To je t.i. gravitacijsko mikrolečenje. Pojavov, ki jih napoveduje splošna teorija relativnosti, imamo torej ogromno, vse jo potrjujejo, prvič pa na primeru mrka izpred 100 let," je povedal Guštin.

Kot je še dodal, se do Eddingtonove potrditve splošne teorije relativnosti o tem ni kaj dosti vedelo ne med znanstveniki, kaj šele v javnosti. Z Eddingtonom je Einstein postal svetovno znan, vsi eksperimenti od takrat pa niso naredili drugega, kot potrdili njegovo teorijo.

Vmes se je sicer zgodila revolucija v kvantni mehaniki, fiziki malega sveta in fiziki makroskopskega sveta, ki pa so, kot pravi Guštin, fizikalno neskladne s tem, kar je naredil Einstein. Marsikateri fizik, ki se ukvarja s svetom malega, z osnovnimi delci, bi si po njegovih navedbah želel, da bi mogoče našli drugo pot za opis gravitacije, a do danes to ni uspelo še nikomur.