теория относительности

Теория относительности для детей

ссылка на гифку

О затмениях и проверке теории относительности

 Ключевым эпизодом в экспериментальной проверке теории относительности Эйнштейна считается наблюдение вызванного искривлением пространства-времени возле Солнца отклонения звездного света британскими астрономами во время солнечного затмения 1919 года. Попробую сейчас рассказать про историю этой проверки поподробнее.

 Надо сказать, что англоговорящие физики в 1910-х годах в массе своей топили за теорию эфира (что свет представляет из себя колебания в некоей всепроникающей среде). Это вполне объяснимо: их учили этой теории весь XIX век. Как следствие, реакция на специальную теорию относительности, теорию механики, делающую эту самую среду ненужной для объяснения всех наблюдаемых явлений, была массово резко негативной. Потом случилась Первая Мировая, и общая теория относительности вообще почти не дошла до англоговорящего научного общества – в Великобританию попала одна (!) копия статей Эйнштейна. На это наложилось отсутствие в Великобритании работ об альтернативных ньютоновской теориях гравитации (на континенте таких теорий было пруд пруди еще в XIX веке, особенно с попытками приложить электродинамику к гравитации) из чисто националистических соображений.

 Во время Первой Мировой научные журналы англоговорящих стран были откровенно завалены историями при низкое качество немецкой науки и предложениями бойкота немецкой науки и после войны. Связано это было с манифестом 93 немецких ученых и деятелей искусства (в подписантах там были Габер, Планк, Рентген и еще фигова туча известных ученых), защищавшим действия немецких вооруженных сил после того, как немецкие солдаты в 1914 году сожгли библиотеку Католического университета в Левене, Бельгия. Частично эти предложения бойкота даже были претворены в жизнь: фактически на три четверти международных научных мероприятий от 1918 до 1925 года доступ немецким ученым был закрыт. В частности, под раздачу попал и Эйнштейн: то, что он открыто высказывался против манифеста, никого не волновало.

Библиотека Левена после пожара

 Отдельной проблемой было то, что в расчетах отклонения света Солнцем, проведенных Эйнштейном, Шварцшильдом и компанией, царил такой бардак, что даже занимающиеся теоретической физикой ученые путались. Про экспериментаторов и речи не идет. Более того, аналогичные расчеты, исходя из ньютоновской теории гравитации, проводились еще чуть ли не в XVIII веке, что добавляло непоняток – в частности, эти расчеты вытащил Филип Ленар, боровшийся против теории относительности и лично Эйнштейна. Потом из его идей выросла арийская физика как расовая альтернатива еврейской.

 Процесс определения искривления световых лучей под действием солнечной гравитации крайне сложен – требуется сравнение положений минимум шести звезд на фотографиях, просто чтобы определить поправки для учета всяких механических деформаций/влияния изменения температур/сдвига оптической оси… Идея – снять два фото одного и того же участка неба с солнечным затмением и без него.

 До британских успехов (нет) 1919 года было проведено четыре экспедиции за затмениями, пытавшиеся проверить теорию относительности. Три из них были сорваны из-за погоды или войны, результаты четвертой же не были опубликованы.

Используемые для наблюдения за затмением и съемки инструменты. Бразилия, Собрал, 1919 год

 Ключевым организатором первых попыток проверить теорию относительности был Эрвин Фройндлих, ученик Феликса Кляйна из Берлинской обсерватории. Его деятельно поддерживал сам Эйнштейн. В частности, он помогал с поиском оборудования для экспериментов. Он вообще-то, на самом деле, сам с 1914 до 1919 года сомневался в теории относительности.

Эрвин Фройндлих

 Первая экспедиция была направлена в Бразилию, дата затмения 10 октября 1912 года. Ее проводила Аргентинская обсерватория под руководством Чарльза Диллона Перрайна. Да, в начале XX века для ученого уехать из США в Аргентину было вполне нормальным карьерным ходом. К несчастью, в местечке Кристина весь день шел проливной дождь.

 Вторая экспедиция – 21 августа 1914 года на юг Российской Империи. Привет, Первая Мировая война. Фройндлих, чью экспедицию профинансировал Эмиль Фишер и Крупп, попал по полной программе. Немецкая и аргентинская экспедиции должны были снимать затмение в Феодосии. Немцев вместе с их инструментами и частью аргентинского оборудования повязали (интернировали), а оставшееся оборудование аргентинцев просто не успело доехать. Американская экспедиция Уильяма Кэмпбелла из Ликской обсерватории (кстати, отца одного из первых американских асов Дугласа Кэмпбелла) попала в плохую погоду в Броварах. Их оборудование добиралось обратно чудовищно долго (низкий приоритет на фоне военных грузов).

Уильям Кэмпбелл, президент университета Калифорнии в Беркли, второй слева. Инспекция Reserve Officer Training Corps (военной кафедры, на наш манер) университета в 1927 году. Крайний справа — глава военной кафедры университета, тогда еще капитан Честер Нимитц.

Затмение в Венесуэле в 1916 году почти все банально проморгали – было тупо не до него.

 Затмение 1918 года можно было наблюдать в США, однако оборудование американской экспедиции Кэмпбелла из Ликской обсерватории банально не успело вернуться из Российской империи: до августа 1917 года оно лежало в Пулково, потом застряло во Владивостоке. В марте 1918 года приборы остановили теперь и в Кобе, в Японии. В итоге перед затмением пару линз подрезали в соседней обсерватории. Линзы были не очень подходящие для решения конкретно этой задачи, и качество фотографий оставляло желать лучшего, да и было их всего две – погода в Голдендейле, штат Вашингтон, была так себе, снимать пришлось через дыру в облаках.

 Потом пару лет с полученными фотопластинками медленно возились. О результатах было один раз объявлено на конференции. Больше они никак не публиковались – качество было плохое, и опираться на них было дурной идеей. На это наложилась дискуссия между двумя отвечавшими за исследования астрономами – Кэмпбеллом и Гебером Кертисом, одним из основных американских борцов с теорией относительности.

 В 1919 году смогли провести экспедицию для наблюдения за затмением только британцы – у остальных не было денег. Организовали движ Фрэнк Дайсон – известный администратор науки, и Артур Эддингтон – фактически полуофициальный представитель теории относительности в Великобритании и друг первого. Эддингтон таким образом еще и откосил от призыва во время Первой Мировой войны (ему поставили условием непризыва проведение сложного научного мероприятия).

Сэр Артур Стэнли Эддингтон

 Было отправлено две экспедиции – одна в Собрал в Бразилии (руководитель – Эндрю Кроммелин) и одна на остров Принсипи (ныне Сан-Томо и Принсипи в Африке, под руководством самого Эддингтона). Удалось получить несколько десятков качественных фотографий, в основном из Бразилии. Однако продукты расчета были не так близки к теоретическим значениям, как хотелось, а из них для представления общественности были выбраны только самые лучшие результаты. Тем не менее, из-за большой популярности монографий Эддингтона о теории относительности почти все англоговорящие физики долго думали, что именно в 1919 были получены подтверждающие теорию относительности результаты. И именно после этих экспедиций начали сходить на нет попытки бойкотировать немецкую науку.

Заметка в New York Times о результатах экспериментов 1919 года

Следующее полное солнечное затмение состоялось 21 сентября 1922 года. Экспедиции Ликской обсерватории под руководством все того же Кэмпбелла в городке Уоллал в Австралии удалось получить фотографии более3000 (трех тысяч!) звезд. Вот эти данные за счет своей высокой точности убедили большинство скептиков. Окончательно же вопрос стал считаться закрытым после подтверждения предсказанного Эйнштейном отклонения еще и для радиоволн, уже в 1960-х.

Автор: Иван Прихно

Veritasium: расширяетесь ли вы со Вселенной?