Mokslo ir technologijų pasaulis

1919 metais britų astronomai nufotografavo užtemimą ir parodė, kad šviesa užlinksta šalia Saulės — taip patvirtindami Einšteino Bendrąją reliatyvumo teoriją (BRT).

Štai kaip žaidžiamas kosminis pinbolas – judėdami pasauliai kartais išsirikiuoja į eilę. Tada atsiduri Mėnulio šešėlio sudarytoje tamsos kolonoje – danguje staiga atsiradusioje visiško Saulės užtemimo skylėje.

Tokie momentai nuo neatmenamų laikų palikdavo pėdsaką žmonijos sąmonėje — kaip klasikinio filmo „2001: Kosminė odisėja“ monolitai.

Nedaug užtemimų padarė didesnę įtaką šiuolaikinei istorijai, nei įvykęs 1919 metų gegužės 29 dieną, ilgiau nei šešioms minutėms uždengęs tamsa juostą per Pietų Ameriką, skersai Atlantą į Afriką. Būtent šio užtemimo metų britas astronomas Arthuras Eddingtonas parodė, kad tolimų žvaigždžių šviesą nukreipė gravitacinis Salės laukas.

Tai patvirtino Einšteino BRT, pagal kurią gravitacija gali pakeisti šviesos spindulių sklidimą, iškreipdama erdvėlaikio geometriją.

Eddingtono pranešimas padarė Einšteiną viena iš pirmųjų XX amžiaus garsenybių ir sukūrė naują dinamišką Visatą, kurioje erdvė ir laikas gal judėti, linkti, augti, trauktis, plyšti, kolapsuoti į juodąsias bedugnes ir netgi išnykti. Vis dar dygsta naujos šios teorijos atšakos; vos prieš tris metus atrastos erdvėlaikį garankščiuojančios susiliejančių juodųjų bedugnių sukeltos gravitacinės bangos.

Bet pirmasis žingsnis nebuvo lengvas. Visa nutikimo istorija iliustruoja, kad net fundamentaliausi mokslo atradimai gali būti sėkmės ir kartais – dieviško įkvėpimo įkaitai.

Einšteino teorijos prognozė, kad gravitacija išlenkia šviesą buvo labiausiai stulbinama ir akivaizdžiausia. Astronomai šį efektą per Saulės užtemimus bandė aptikti nuo pat galutinio teorijos suformulavimo. Gamta ir politika ne visada veikia išvien.

Vieną iš pirmųjų bandymų patikrinti teoriją atliko Erwinas Finlay-Freundlichas, Berlyno observatorijos astronomas, tapęs svarbiu Einšteino rėmėju. Freundlichas vadovavo 1914 metų užtemimo stebėjimo ekspedicijai į Krymą, bet prasidėjo Pirmasis Pasaulinis karas , ir jis buvo areštuotas kaip šnipas dar prieš užtemimą. Komanda iš Lick observatorijos Kalifornijoje į Krymą stebėti užtemimo atvyko — bet lijo.

„Turiu prisipažinti, niekada anksčiau rimtai nesu susidūręs su situacija, kur viską sugadino debesys,“ sakė Williamas W. Campbellas, sutrikęs komandos vadovas. „Kyla noras smukti į namus per galinį įėjimą ir su niekuo nesimatyti.“

Negana to, Licko specialiai užtemimų fiksavimui skirtą kamerą konfiskavo rusai ir negrąžino laiku, kad galėtų užfiksuoti kitą užtemimą, kuris 1916 metais vyko Venesueloje.

Kitas šansas įrodyti Einšteino teisumą pasitaikė 1918 metais, kai Mėnulio šešėlio maršrutas driekėsi Kolumbijos upe tarp Vašingtono valstijos ir Oregono. Lickas pasiuntė kitą stebėtojų komandą, bet jų kamera dar nebuvo grįžusi iš Krymo ir jų improvizuota optika nepasiteisino – žvaigždės atrodė kaip neryškūs hanteliai tamsoje.

Tad, 1919 metų kovą, kai Eddingtonas su kolegomis susiruošė plaukti į Afriką stebėti kito užtemimo, Visata tebelaukė savo atradėjo. Astronominės stebėjimo sąlygos susiklostė itin palankiai. Per šį užtemimą už Saulės turėjo matytis didelis žvaigždžių spiečius – Hijadės, tad ryškių žvaigždžių, kurių šviesos nukreipimą būtų galima stebėti, neturėjo trūkti.

Eddingtonas šiam darbui puikiai tiko. Matematikos genijus ir Kembridžo universiteto profesorius vienas pirmųjų priėmė naująją Einšteino teoriją ir skelbė ją kolegoms ir kraštiečiams.

Pasakojama, kartą jis buvo pavadintas vienu iš trijų žmonių pasaulyje, supratusių šią teoriją. Eddingtonas netarė nė žodžio, bet sulaukęs pastabos apie apsimestinį kuklumą, atsakė, kad bandė sugalvoti, kas buvo tas trečiasis asmuo.

Vėliau jis sakė, kad bendrasis reliatyvumas buvo taip akivaizdžiai teisingas, kad jeigu būtų jo valia, tai nebūtų nė varginęsis jo įrodinėti.

Bet istorija taip jau susiklostė, kad valia buvo ne jo. Eddingtonas buvo kvakeris, tad nesutiko tarnauti armijoje. Jo viršininkas, Frankas Dysonas, Britanijos karališkasis astronomas, išgelbėjo Eddingtoną nuo kalėjimo, pažadėdamas, kad jis turi atlikti svarbią mokslinę užduotį, o būtent, surengti ekspediciją, per kurią būtų patikrinta Einšteino teorija.

Be to, Eddingtonas tikėjosi padėti vėl sujungti per karą smarkiai nukentėjusį Europos mokslo bendrumą, kai vokiečiai iš esmės nebuvo kviečiami į jokias konferencijas. Dabar gi anglas rengėsi įrodyti vokiečio, Einšteino, teoriją.

Remiantis 1915 m. užbaigta galutine Einšteino teorijos versija, šviesos spinduliams užlinkstant apie Saulę per užtemimą, greta paties disko pakraščio šviečiančios žvaigždės nuo savo normalios pozicijos turėjo būti nutolusios per maždaug 1,75 as (arksekundės), tai yra, apie vieną tūkstantąją Mėnulio pilnaties skersmens.

Senoji niutoniškoji gravitacija žvaigždės šviesą turėjo nukreipti dvigubai mažiau, 0,86 as.

Maždaug arksekundės pločio yra plika akimi matoma žvaigždė geriausiomis ir ramiausiomis sąlygomis kalno viršūnėje esančioje observatorijoje. Bet dėl atmosferos turbulencijos ir optikos netobulumo žvaigždės atvaizdas gali išsilieti į didesnę dėmelę.

Tad, Eddingtono užduotis – kaip jis ją matė – buvo įsitikinti, ar dėmelės nuo savo centrų pasislinko tiek, kiek prognozavo Einšteinas, ar tik pusę to — o gal visai nepasislinko. Tai buvo Niutono susirėmimas su Einšteinu.

Jokios įtampos.

Vienas iš ekspedicijos astronomų, Edwinas Cottinghamas, paklausė Dysono, kas bus, jei Eddingtono išmatuotas nuokrypis dvigubai viršys Einšteino prognozuotą? „Tada Eddingtonas supyks ir grįš namo vienas,“ – atsakė Dysonas.

Siekiant padidinti sėkmės tikimybę, buvo pasiųstos dvi komandos: Eddingtonas su Cottinghamu į šalia Afrikos krantų esančią Principės salą, ir Charlesas Davidsonas su Andrew Crommelinu į Sobralį Brazilijoje. Ši apsidraudimo strategija beveik nesuveikė.

Sobralyje buvo neįprastai debesuota, bet likus vos minutei iki visiško užtemimo, debesyse atsirado properša. Principėje užtemimo dienos ryte pusantros valandos lijo, ir Eddingtonas fotografavo per slenkančius debesis, tikėdamasis, kad bus matomos bent kelios žvaigždės.

Kelios blyškios žvaigždės poroje fotografinių plokštelių matėsi, ir preliminariai jas apžiūrėjęs, Eddingtonas įsitikino, kad užtemimo metu žvaigždžių padėtis pasikeitė. Jis pasisuko į kolegą ir tarė, „Cottinghamai, jums neteks grįžti namo vienam.“

Galiausiai žvaigždžių šviesos nuokrypį matuoti buvo įmanoma trijose plokštelėse. Eddingtono ir kolegų atliktas jų palyginimas apsprendė Einšteino teorijos baigtį.

Geriausiai atrodė duomenys iš Sobralyje buvusio airiško teleskopo. Vaizde matėsi 1,98 as nuokrypis — daugiau, nei prognozavo Einšteinas.

Kitu Sobralyje buvusiu teleskopu, vadinamuoju astrografu, irgi gauta daug žvaigždžių atvaizdų, bet jie buvo išskydę ir nesufokusuoti, galbūt Saulės karštis paveikė teleskopo veidrodį. Šie atvaizdai pateikė 0,86 as nuokrypį, kas maždaug atitinka Niutono formulę, tik su didesne paklaida.

Ir galiausiai, dar buvo teleskopas Principėje, kuriuo užfiksuotos vos kelios žvaigždės, iš kurių Eddingtonas didvyriškai gavo 1,61 arksekundės reikšmę.

Kurį rezultatą turėjo naudoti Eddingtonas? Paėmus visų trijų vidurkį, jis būtų atsidūręs viduryje tarp Niutono ir Einšteino.

Jeigu jis būtų kliovęsis tik geriausiu teleskopu, skaičius 1,98 būtų metęs abejonės šešėlį ant Einšteino bendrojo reliatyvumo teorijos, pažymi astronomas Johnas Earmanas ir istorikas Clarkas Glymouras įtakingame romane 1980 metais.

Galiausiai Eddingtonas atmetė Sobralio astrografo duomenis, argumentuodamas tuo, kad jie nepatikimi. Dysonas su kolegomis oficialiame pranešime parašė, kad abi likusios plokštelės „rodo didžiausią 1,75 as nuokrypį pagal Einšteino bendrąją reliatyvumo teoriją“.

„Brangi motule, šiandien naujienos džiaugsmingos,“ rašė Einšteinas savo motinai Paulinai, sulaukęs preliminarių britų ekspedicijos rezultatų.

Nuo tada astronomai ir istorikai ginčijosi, ar Eddingtono įsitikinimas, jog jis jau žino atsakymą nepadarė įtakos jo užtemimo analizei, atmetant iškreiptus astrografo rezultatus.

Tačiau 2007 metais Danielius Kennefickas, astrofizikas ir istorikas iš Arkanzaso universiteto, ilgai tyręs užtemimo ekspedicijos įrašus, priėjo prie išvados, kad astrografo rezultatus atmesti nutarė Dysonas, karališkasis astronomas. Dysonas buvo pagarsėjęs naujosios Einšteino teorijos skeptikas.

Eddingtonas ir Dysonas buvo teisūs. Eksperimentas buvo pakartotas per 1922 metų užtemimą ir dar daug kitų užtemimų, ir visada buvo gauti tokie patys rezultatai, atitinkantys Einšteino teoriją. Patobulėjus technologijoms, reikiamus stebėjimus dabar gali atlikti netgi maži universitetai.

Dabar vieni iš tiksliausių šviesos išlenkimo matavimų gaunami, radioteleskopais stebint tolimas galaktikas. 2009 metais Edwardas Fomalontas, iš Nacionalinės radioastronomijos observatorijos Šarlostvilyje su kolegomis, naudodami VLBA (Very Long Baseline Array) masyvo antenas, gavo rezultatus, sutampančius su BRT prognoze 0,02 % tikslumu.

Tuo tarpu astronomai išmoko šį gigantiškų galaktikų savybę išlenkti ir stiprinti šviesą naudoti kaip teleskopus — paties Einšteno teleskopus, jei galima taip išsireikšti — kitame kosmoso krašte sprogstančių žvaigždžių ir paslaptingos tamsiosios materijos tyrimams.

1919 metų lapkritį, naujienos apie Einšteino triumfą su visa derama pompa pasklido po pasaulį po bendro Karališkosios draugijos ir Karališkosios astronomų draugijos posėdžio Londone.

Posėdžiui pirmininkavęs fizikas J. J. Thomsonas bendrąją reliatyvumo teoriją pavadino vienu iš aukščiausių žmonijos pasiekimų, apibūdinęs ją „kaip ištisą naujų mokslinių faktų kontinentą“. Juodosios bedugnės ir Didysis sprogimas dar laukė savo eilės.

Iš tiesų, tą debesuotą gegužės dieną iš Mėnulio šešėlio išniro visiškai nauja visata.