Annons

Solförmörkelsen som gjorde Einstein till stjärna

Einsteins allmänna relativitetsteori fick sitt stora genombrott tack vare suddiga fotografier av en solförmörkelse. Men resultaten har ifrågasatts. 100 år senare reder vi ut hur det egentligen gick till.

Författare: 

Publicerad:

2019-05-29

1919 fotograferade den brittiske astronomen Arthur Eddington stjärnor vid en total solförmörkelse. Resultatet av hans mätningar och beräkningar lanserades sedan som en bekräftelse av Albert Einsteins allmänna relativitetsteori. Resultatet blev mycket omskrivet i pressen och Einstein blev en världskändis. Men kritiska röster har anklagat Eddington för fusk.

I början av 1919 var Albert Einstein ganska okänd bland allmänheten, även om han redan var ett viktigt namn inom fysiken. Den speciella relativitetsteorin, som handlar om hur rummet och tiden beter sig för observatörer som rör sig med konstant hastighet, hade redan blivit ganska etablerad. Under 1915 hade han sedan presenterat den allmänna relativitetsteorins ekvationer, som tar hänsyn till massa, energi och acceleration. Den här teorin var mycket mer svårtillgänglig, och många astronomer var tveksamma till den.

Läget ändrades nästan över en natt, när Arthur Eddington den 6 november presenterade sina observationer från en solförmörkelse. Han förklarade att hans mätningar visade att solens gravitation böjde ljuset från avlägsna stjärnor på ett sätt som bekräftade Albert Einsteins allmänna relativitetsteori. Tidningarna tog genast fasta på detta, och i slutet av året var Einsteins geni ett världsomspännande mediefenomen.

Så här skrev till exempel Svenska Dagbladet den 16 november 1919: ”Det är här fråga om en revolution, vars resultat säkerligen i det väsentliga komma att bli bestående. /.../ Man har nämligen, särskilt genom en ny astronomisk upptäckt, som vi här skola redogöra för, fått de mest slående bekräftelser på Einsteins teorier.”

– Världskriget hade nyligen tagit slut, och det bidrog till genomslaget i medierna, säger Karl Grandin vid Kungliga Vetenskapsakademiens Centrum för vetenskapshistoria.

Världen och världsbilden hade fått sina törnar. Nu måste tillvaron uppfinnas på nytt, och det här blev ett sätt att visa att vetenskapen stod över politiken.

En krigstrött värld ville gärna se tecken på fred och samförstånd och här kom nu ett fantastiskt internationellt resultat, där en brittisk expedition bekräftade tyska beräkningar.

Solförmörkelseexpeditionen blev också en passande berättelse för skolböckerna, en rak och tydlig historia om en teori och hur den bekräftades. Men senare har hjälteberättelsen kommit att solkas av anklagelser om fusk. Stephen Hawking skrev till exempel i sin bästsäljande bok Kosmos: en kort historik (1988) att felen i mätningarna var lika stora som den effekt som Arthur Eddington och hans medarbetare ville mäta. Det var därför bara en lyckträff att de bekräftade Einstein, menade Hawking. Andra har framfört att Eddington och hans kolleger lyckades för att de visste vilket resultat de ville ha. Men hur var det egentligen – fuskade Arthur Eddington?

Förutsättningarna för mätningen såg mycket bra ut. Albert Einstein hade själv beräknat hur mycket ljuset från en stjärna skulle påverkas av solens gravitationsfält. Om hela himlavalvets omkrets delades in i 360 grader, varje grad i 60 bågminuter och varje bågminut i 60 bågsekunder, då skulle en stjärna precis intill solen se ut att vara förskjuten 1,75 bågsekunder. Utan relativitetsteorins krökta rum skulle solen fortfarande påverka ljuset lite, men effekten skulle då vara ungefär hälften så stor: förskjutningen skulle bara bli 0,83 bågsekunder.

Det är bara under en total solförmörkelse, när solens ljus skärmas av av månen, som det går att studera stjärnor nära solranden. Den 29 maj 1919 skulle det falla sig så lyckligt att solen förmörkades samtidigt som den befann sig på samma del av himlen som den närliggande stjärnhopen Hyaderna. Det betydde att det skulle finnas flera ljusstarka stjärnor mycket nära solens rand, vilket är precis vad som behövs för att lyckas göra en mätning av ljusets avböjning. Det här påpekade hovastronomen Frank Dyson, och Arthur Eddington vid universitetet i Cambridge hakade genast på. Detta var det perfekta tillfället att försöka ”väga ljuset”, som han uttryckte det.

Det gällde alltså att befinna sig där solförmörkelsen skulle vara total. Arthur Eddington arrangerade två expeditioner. Själv begav han sig till ön Principe utanför den västafrikanska kusten. Den andra expeditionen avseglade från observatoriet i Greenwich för att göra mätningar från Sobral i Brasilien.

Den 29 maj var båda expeditionerna på plats och förberedda med sin utrustning. Tyvärr hade de inte vädret på sin sida. Himlen var inte helt klar på någon av observationsplatserna. De lyckades ta några fotografier, men moln skymde delvis sikten och det gick inte att urskilja så många stjärnor som de hade hoppats.

Eddington tog genast itu med att analysera sina fotografiska plåtar, medan expeditionen i Brasilien avvaktade med beräkningarna tills de återvänt hem.

Före datorer och digitala mätinstrument var det komplicerat att göra en riktigt noggrann mätning av stjärnornas placering. Grundprincipen var att lägga ett fotografi ovanpå ett annat, som tagits av samma del av stjärnhimlen när solen inte var i närheten. Den som gör beräkningen måste handskas med flera svårigheter, till exempel ta hänsyn till att fotografierna kanske inte är tagna i exakt samma skala. Mätningarna försvårades ytterligare av den dåliga kvaliteten på bilderna. Utöver molnen tycktes ett av teleskopen i Sobral ha blivit lite ofokuserat under mätningarna.

De som arbetade med analysen vid observatoriet i Greenwich beslöt under arbetets gång att lägga bort fotografierna från det ena teleskopet i Sobral och fokusera på att endast mäta i bilderna från det andra.

Till slut kunde i alla fall Eddington få resultaten från Greenwich och lägga ihop dem med sina egna. I november när han presenterade resultaten inför Royal Society var han säker på sin sak: resultatet från Principe-expeditionen var att ljuset böjs av med 1,61 bågsekunder vid solens kant, och från Sobral gav mätningen resultatet 1,98 bågsekunder. Givet ganska stora felmarginaler menade Arthur Eddington att detta var tillräckligt nära relativitetsteorins förutsägelse på 1,75 bågsekunder för att vara en bekräftelse.

Den amerikanske astrofysikern och vetenskapshistorikern Daniel Kennefick är en av dem som har tagit en närmare titt på hur analysen gick till. Han har också läst Eddingtons korrespondens med observatoriet i Greenwich och drar slutsatsen att Arthur Eddington hanterade sina data på ett korrekt sätt under de förutsättningar han hade. Det var alltså inget forskningsfusk. Det viktiga var att det gick att utesluta att resultatet kunde förklaras med enbart Newtons version av gravitationen.

Att mäta ljusets avböjning i solens gravitationsfält är också erkänt svårt, skriver Daniel Kennefick. Under decennierna efter Arthur Eddingtons expedition gjordes ett antal försök att förbättra mätningen vid andra solförmörkelser. Resultaten blev inte särskilt precisa. Riktigt bra mätningar som bekräftade Albert Einstens beräknade värde på ljusavböjningen dröjde ända till slutet av 1960-talet, då astronomer hade utvecklat teknik för att mäta radiostrålning från avlägsna kvasarer när de passerar nära den relativt radiotysta solen.

Det räcker inte med en enda mätning för att slutgiltigt bekräfta att Einstein hade rätt, men Eddingtons mätning räckte för att mediefenomenet kring Albert Einsteins geni skulle ta fart. Det blev känt för allmänheten att verkligheten rymde märkliga och fantasieggande fenomen i en fyrdimensionell rumtid. Det passade rätt i tidsandan.

– Man tolkade det metaforiskt och kopplade ihop relativitet med att det inte fanns någon absolut sanning. Det blev en fråga om politik. Man kan säga att vänsterradikala var för Einstein och högern var emot, säger Karl Grandin.

En långt ifrån perfekt astronomisk mätning ledde alltså till att relativitetsteorin blev kulturellt allmängods. Det var ganska få som faktiskt förstod teorin, men alla visste vem Albert Einstein var.

Du har just läst en artikel från tidskriften Forskning & Framsteg. Prenumerera här.

Kommentera:

Dela artikeln: