کسوفی که نظریه فضا-زمانی اینشتین را ثابت کرد

 

آلبرت اینشتین در سال 1915 نظریه‌ی نسبیت عام را منتشر کرد. نظریه‌ای که امروز یکی از پایه‌های علم فیزیک است و حتی کاربرد‌های آن به زندگی روزمره‌ی ما وارد شده است. اما حدود صد سال پیش اینشتین نام و نشانی مانند امروز نداشت و نظریه‌اش به خوبی آزموده نشده بود؛ بنابراین بسیاری از فیزیک‌دانان با شک و تردید به نسبیت عام می‌نگریستند.

اولین موفقیت نسبیت عام توانایی توضیح دقیق مدار عطارد بود که یکی از مشکلات اساسی نظریه‌ی نیوتن به شمار می‌آمد. این نظریه نمی‌توانست مدار عطارد را به دقت پیش‌بینی کند و این سیاره به مشکلی جدی برای نظریه‌ی نیوتن تبدیل شده بود.

 

با انتشار نسبیت عام، اما مشکل مدار عطارد به راحتی حل و مشخص شد دلیل رفتار غیرمعمول عطارد نزدیکی آن به خورشید و تاثیر گرفتن از گرانش شدید خورشید است. اما این کافی نبود تا حرف‌های عجیب اینشتین در نظریه‌ی نسبیت عام مورد قبول دانشمندان و مردم قرار بگیرد.

نظریه‌ی نسبیت عام پیش‌بینی‌های دور از ذهنی داشت که از میان آن‌ها می‌توان به تغییر مسیر نور در اثر گذر از نزدیکی یک جرم سنگین یا تغییر روند گذر زمان در شرایط حرکت با سرعت زیاد و حضور در گرانش شدید اشاره کرد.

زمان زیادی برای آزمودن پیش‌بینی‌های نسبیت عام لازم بود. اما اولین آزمایش جدی چهار سال پس از انتشار این نظریه و در سال 1919 انجام شد. بر اساس نظریه‌ی نسبت عام فضا و زمان در کنار هم بافتاری چهاربعدی را شکل می‌دهند که به آن فضا-زمان می‌گویند. فضا-زمانی که طبق گفته‌ی اینشتین تغییر شکل نیز می‌دهد و همه چیز در میان آن در حال حرکت است.

حرف اینشتین این بود که حضور یک جرم سنگین (مانند یک ستاره) فضا را خمیده می‌کند و این خمیدگی می‌تواند باعث تغییر مسیر حرکت اجرام دیگر شود. بر اساس نظریه‌ی نسبیت عام خمیدگی فضا حتی می‌توند مسیر نور را نیز منحرف کند.

این پدیده به عدسی گرانشی معروف است. چرا که در آن گرانش اجرام سنگین همچون یک عدسی عمل می‌کند و مسیر نور را منحرف و آن را تقویت می‌کند. به طور مثال نور یک ستاره که در پشت خورشید جای گرفته پس از گذر از نزدیکی خورشید منحرف می‌شود و تغییر مسیر می‌دهد؛ بنابراین ما در این شرایط ستاره را در جایی جز مکان اصلی‌اش می‌بینیم.

 

امروزه مثال‌های بسیار زیادی از این پدیده در کیهان رصد شده است. اما در اوایل قرن بیستم دست دانشمندان برای ثبت این پدیده بسته بود و تجهیزات آن زمان برای چنین رصد‌هایی مناسب نبودند. به یاد داشته باشید که در همان سال‌ها جنگ جهانی اول نیز در جریان بود و کمتر کسی به فکر نظریه‌ی جدید اینشتین بود.

اما نظریه‌ی نسبیت عام تنها در قفسه‌ی کتابخانه باقی نماند و سر آرتور ادینگتون (Sir Arthur Eddington)، اخترشناس بریتانیایی به سراغ آن رفت. او آزمایشی را طراحی کرد تا بتواند به کمک آن درستی پیش‌بینی‌های این نظریه را بسنجد.

ساختار آزمایش چندان پیچیده نبود. او خورشید را به عنوان نزدیک‌ترین جرم سنگین به زمین که باعث خمیدگی فضا می‌شود انتخاب کرد و تلاش داشت تا با بررسی موقعیت ستاره‌های پس‌زمینه پیش‌بینی اینشتین درباره‌ی انحراف مسیر نور را بررسی کند.

 

اما مشکلی که حتما به ذهن شما هم رسیده این بود که در طول روز ستاره‌ای در آسمان دیده نمی‌شود. پس ادینگتون باید به زیر سایه‌ی ماه می‌رفت و در زمان خورشیدگرفتگی کامل این کار را انجام می‌داد. زمانی که ماه قرص خورشید را می‌پوشاند و می‌توان ستاره‌های پرنور را در آسمان دید.

به عبارت دیگر ادینگتون قصد داشت در زمان خورشیدگرفتگی کامل از ستاره‌های اطراف خورشید تصویربرداری و موقعیت ستاره‌ها را با مکان اصلی‌شان مقایسه کند. از سوی دیگر نظریه‌ی نسبیت عام می‌توانست میزان تغییر موقعیت ستاره‌ها را پیش‌بینی کند؛ بنابراین اگر ادینگتون موفق به ثبت جابه‌جایی مکان ستاره‌ها در آسمان می‌شد و رصد‌های او با پیش‌بینی‌های اینشتین همخوانی داشت صحت نظریه‌ی نسبیت عام به تایید می‌رسید.

فرصت ایده‌آل برای انجام آزمایش ادینگتون خورشیدگرفتگی کامل سال 1919 بود. انجمن نجومی سلطنتی مقدمات سفر برای رصد این خورشیدگرفتگی را فراهم کرد. خوشبختانه کسوف سال 1919 یکی از طولانی‌ترین خورشیدگرفتگی‌های قرن بیستم بود و رصدگران حدود شش دقیقه فرصت داشتند تا کار را به انجام برسانند. مقصد مشخص و قرار شد یک گروه در برزیل و گروهی دیگر از رصدگران در جزیره‌ای در غرب آفریقا این خورشیدگرفتگی مهم و سرنوشت‌ساز را رصد کنند.

 

 

در نهایت رصد خورشیدگرفتگی 1919 اولین مهر تایید مهم بر نظریه‌ی نسبیت عام را زد و از آن پس اینشتین به دانشمندی مشهور تبدیل شد. روزنامه‌ی نیویورک تایمز (New York Times) نیز این خبر را منتشر کرد تا اینشتین نه‌تن‌ها در میان دانشمندان که در میان عموم مردم نیز به خوبی شناخته شود.

پدیده‌ی عدسی گرانشی از آن پس بار‌ها و بار‌ها در آسمان دیده شد. تصاویر تلسکوپ فضایی هابل از خوشه‌های کهکشانی غول‌پیکر که نور کهکشان‌های بسیار دوردست را منحرف و تقویت کرده‌اند از معروف‌ترین مثال‌های پدیده‌ی عدسی گرانشی است.

 

 

 

منبع: دیجی مگ