29 mai 2009

El historio de la scienco (5)

Kelka tago antaŭ en la retejo BBC mi hazarde ekvidis artikolon kiu temis pri astronomia mezuro kiu iusence plifortigis konvinkojn pri ĝusteco de la teorio de relativeco proponita de Albert Einstein. Tiu historie grava mezuro okazis dum plena eklipso de la suno okazinta en la 29a de majo 1919. Vidnite tiun artikolon en BBC mi memoris, ke mi estas ankaŭ vidinta alian artikolon pri la sama temo en la faka revuo Physics Today [eo. hodiaŭa fiziko]. Mi retrovis la laste menciitan artikolon kaj leginte ĝin decidis okaze de tiu datreveno skribi pri la temo kiel parto el historio de la scienco.

Ŝanĝo de malnova paradigmo

Dum longa tempo mekanika modelo de la gravito proponita de Isaac Newton sukcese uziĝis por priklarigi kaj antaŭvidi fizikajn fenomenojn; ĝis trajektorio de ĵetaĵoj ĝis movoj de astroj. Precipe tre bona sukceso de lia modelo de la gravita forto [kiu diras tiu forto estas rekte proporcia al produto de masoj de du objektoj kaj inverse proporcia al la kvadrato de distanco inter ili, F=G(MAMB/d2)] por priklarigi leĝojn kiujn Johannes Kepler estis trovinta pri orbitaj movoj de planedoj, faris tiun modelon eĉ pli superrega en la scienca komunumo. La situacio restis tia ĝis Albert Einstein porponis sian modelon pri speciala relativeco en 1905. Unu el konsekvencoj de la nova modelo estis tio, ke maso kaj energio estas du aspektoj de iu sama ento (por maso m de objekto kiam ĝia rapido estas nul, E=mc2). Tiel Einstein divenis, ke ĉar lumo havas energion do ĝi kiel maso logiĝas en la gravita kampo. Li kalkulis, ke kiam lumo de steloj pasas proksime al la suno tiam pro enorma maso de la suno, tiu lumo devias je 0.87 angula sekundo (0.87"). Tiu lumodevio rezultigas, ke observante el malantaŭ la suno, la steloj ŝajnas delokitaj. Sed por observi stelojn el malantaŭ la suno oni devas forigi la sunon mem, ĉar ĝia lumo ne permesas observi stelojn. La solvo de tiu problemo estas observi la fenomenon dum plena eklipso de la suno. Tre frue kelkaj provis observi lumodevion de steloj per la suno tiel kiel Einstein estis diveninta. En 1912 argentina astronomo Charles Dillon Perrine organizis ekspedicion al Brazilo por fari mezurojn tie, sed malbona vetero dum la eklipso malhelpis tiun provon. En 1914 germana ekspedicio gvidita per Erwin Freundlich iris al Krimeo sed komenco de la unua mondmilito preventis mezurojn.

Nova celo

Eĉ se tiuj ekspedicioj sukcesus mezuri 0.87" de la ŝajna delokiĝo de steloj, iliaj rezultoj ne montrus ĝustecon de la teorio de Einstein. Problemo estis tio, ke jam per uzo de alia modelo proponita de Newton mem, la germana fizikisto Johann Georg von Soldner estis diveninta devion de stela lumo per la suno. Nur per uzo de mekanikaj modeloj propnitaj de Newton, Soldner estis kalkulinta, ke tiu devio kaŭzas ŝajnan delokiĝon de steloj je 0.84", kiu estis sama kiel rezultoj de la modelo proponita de Einstein.

Einstein tamen laboris sur sia teorio kaj ellaboris novan formon de ĝi. Finfine en 1916 li publikigis sian modelon de ĝenerala relativeco, en kiu nova koncepto de spaco-tempo estis prezentita. Laŭ la nova teorio ne nur lumo reagas kiel maso en gravita kampo sed la gravita kampo mem kurbigas la spaco-tempon. Kalkuloj montris, ke nun oni devas atendi duoblan delokiĝon pro devio de lumo de steloj per la suno (t.e. 1.74"). Tio estis bona novaĵo por astronomoj ĉar la nuna efiko ne nur ebligas distingi inter divenoj de Sondler kaj tiuj de Einstein sed ankaŭ plifaciligis mezurojn. Dum milito la nederlanda fizikisto Willem De Sitter informis la britan astronomon Arthur Stanley Eddington pri laboroj de Einstein (Nederlando estis neŭtrala dum la unua mondmilito). Li kiu estis estro de la observatorio de Cambridge tuj interesiĝis pri laboroj de Einstein kaj en letero al la Reĝa Asocia Astronomia emfazis neceson por testi la teorion. Tiu letero kaptis atenton de la reĝa astronomo en Anglujo, Frank Watson Dyson, kiu estis administranto de la reĝa observatorio en Greenwich. Dyson trovis, ke plena eklipso de la suno prognozita por la 29a de majo 1919 estas aparte promesdona por testi la fenomenon. Tamen la unua mondmilito ne helpis prepariĝon de ekspedicio. Eddington estis kvakero kaj lia rifuzo pri partprenado en milito povis minaci la ekspedicion. Feliĉe Dyson estis potenca kaj lia influo helpis Eddington. Malgraŭ tio, preparo de la ekspedicio dum la milito malfacile antaŭeniris. Feliĉe la milito finis en novembro 1918 sed tio nur permesis hastan pretiĝon.

Ekspedicio, problemoj kaj analizo de donitaĵoj

Du britaj ekspedicioj pretiĝis por fari mezurojn. Eddington mem estris unu el ilin kiu iris al la insulo Principe en okcidenta flanko de Afriko. Dyson sendis du el siaj asistantoj al Sobral en nordo de Brazilo. En la tago de la eklipso (la 29a de majo) Eddington alfrontiĝis al nuba ĉielo. Feliĉe ĉe la pleniĝo de la eklipso la situacio iomete pliboniĝis kaj permesis fari iom da mezuroj. La ekspedicio al Sobral alfrontiĝis al alitipa problemo. Kvankam vetero tie estis bona, tamen ilia ĉefa aparato kiu estis astro-grafia teleskopo paneis kaj aldone al ĝi la grupo devigiĝis uzi 4-colan aparaton. La astrografia teleskopo estis konstruita por ebligi mezurojn en granda amplekso da ĉielo ĉirkaŭ la suno. La 4-cola aparato ne disponigis tiun eblecon. Kiam la ekspedicioj revenis al Britio, analizo de mezuroj komenciĝis. En sia raporto al la Reĝa Asocio Astronomia, en la 6a de novembro 1919, la grupo el Sobral, kun mezuri la ŝajnan delokiĝon de sep steloj estis mezurinta delokiĝon je 1.98±0.18 angula sekundo. Grupo de Eddington kun nur kvin steloj estis mezurinta delokiĝon je 1.61±0.40 angula sekundo. Tio estis pli kongrua kun la valoro divenita de Einstein kiu estis 1.74" kaj ne tiu de Sondler (0.87"). Tamen la du grupoj ne prezentis rezultojn inkludintajn de donitaĵoj kiuj estas mezuritaj per la astrografia teleskopo en Sobral. Tio estis ĉar tiu aparato ne bone estis funkciinta. Malgraŭ tio, inkludinte donitaĵojn de ĝi oni trovis delokiĝon je 0.93 angula sekundo kiu estas ege proksima al valoro divenita per Sodler. Grupo da fizikistoj opinias, ke observoj de Eddington kaj liaj kolegoj ne estis sufiĉe ekzaktaj kaj tial nur hazarde ili estas rezultigintaj valorojn proksimaj al divenitaĵoj de Einstein. Do observado de la plena eklipso de la suno en 1919 ne estas fidinda testo por ĝusteco de teorio de Einstein. Aliflanke historiistoj de la scienco kaj filozofoj opinias, ke Eddington inklinis trovi rezultojn favore al la relativeca teorio. Ili argumentas, ke Eddington estis pacema ŝatanto de amikeco inter ĉiuj landoj kaj deziris fari ion por forigi malamikecojn inter Britio kaj Germanio. Tiel pruvi ĝustecon de teorio de germana sciencisto, Einstein, per li kiel brito estis lia motivo. Tiu grupo opinias, ke pro influo de tiu deziro, Eddington ignoris datenojn kiuj ne favoris teorion de Einstein.

Nur la unua provo

En la scienco, rezultoj de nur unu eksperimento neniam povas pruvi ĝustecon de iu teorio. Tamen rezultoj de mezuroj faritaj dum la eklipso de la suno en 1919 havis grandan efikon sur la nefakula komunumo. En la 7a de novembro 1919 la ĵurnalo "The London Times" skribis longan artikolon pri kunveno de la Reĝa Asocio Astronomia kun titolo "Revolution in science. New theory of the universe" [eo. Revolucio en la scienco. Nova teorio pri la universo]. Post tio aliaj amaskomunikiloj publikigis informojn pri la nova teorio. Einstein iĝis ege fama kaj kaptis grandan atenton de la publiko. Por sciencistoj tamen ne estis la lasta provo por testi novan modelon kiun estis proponinta Einstein. Ili uzis la novan modelon por priklarigi eksterordinaran precesion de la perihelio de la planedo Merkuro. Ankaŭ ŝajna delokiĝo de astroj dum aliaj eklipsoj estas studitaj. Dyson mem provis ripeti la observon de la sunoeklipso en 1922 sed malbona vetero malhelpis lin. Alia grupo el la observatorio Lick faris bonajn mezurojn kiuj ĉefe kongruis kun rezultoj de la 1919-aj ekspedicioj. La lasta el tiuj provoj estas okazinta en 1973. Nuntempe radioastronomoj studas devion de radioelsendoj kiuj atingas nin el foraj astroj kaj pasas proksime de la suno. Ĉar lumo de la suno ne povas ĝeni tiajn observojn, oni povas fari ilin eĉ dum tagoj. En 1979 grupo da sciencistoj reanalizis donitaĵojn de la 1919-aj ekspedicioj. Ili uzis pli modernan analizan metodon kaj trovis, ke pere tiuj metodoj la menciitaj donitaĵoj ankoraŭ rezultigas lumodeviojn kiuj kongruas kun la teorio de la relativeco (la suba tabelo).

Aparato: 1919-a analizo, 1979-a analizo
4-cola aparato: 1.98"±0.18", 1.90"±0.11"
astrografia teleskopo: 0.93", 1.55"±0.34"

Por fakuloj la 1919-a observo de la sunoeklipso ne estis sufiĉa sed la unua paŝo por montri ĝustecon de teorio de la relativeco proponita de Einstein.

El historio de la scienco (1)
El historio de la scienco (2)
El historio de la scienco (3)
El historio de la scienco (4)

1 commentaire:

sencay a dit...

Kara Beĉjo,
neniam mi ie legis tiun ĉi interesegan epizodon kun tiom da detaloj. Dankegon!