۱۹۱۹: کسوفی که به اینشتین فرصت درخشش داد
چهارشنبه، هشتم خردادماه امسال، یکصد سال از کسوف تاریخی ۲۹ مه ۱۹۱۹ سپری شد. هفت دقیقه‌ای که فرصتی شد تا بتوان یکی از پیش‌بینی‌های نظریه‌ی نسبیت عام اینشتین را به مصافی تنگاتنگ با پیش‌بینی فیزیک کلاسیک نشاند.
احسان سنایی
آلبرت اینشتین و سِر آرتور ادینگتون، اخترشناس بریتانیایی و سرپرست تیم رصد کسوف ۱۹۱۹ در محوطه‌ی رصدخانه دانشگاه کیمبریج، در سال ۱۹۳۰.
چهارشنبه، هشتم خردادماه امسال، یکصد سال از کسوف تاریخی ۲۹ مه ۱۹۱۹ سپری شد. هفت دقیقه‌ای که در جریان آن کسوف قرص خورشید در سایه‌ی ماه واقع شد، از معدود موقعیت‌هایی بود که به فعل مشاهده‌ی علمی، باری دراماتیک بخشید و امکان داد تا بین دو فاز متفاوت از پیشینه‌ی یک علم، مرزی واضح کشید. آن کسوف فرصتی شد تا بتوان یکی از پیش‌بینی‌های نظریه‌ی نسبیت عام اینشتین را به مصافی تنگاتنگ با پیش‌بینی فیزیک کلاسیک نشاند، و برنده را – دست‌کم در این میدان – به قطع مشخص کرد.
در نتیجه‌ی پیروزی در همین مصاف تنگاتنگ هم بود که نام آلبرت اینشتین، به واقع «یک‌شبه»، شهرتی جهانی یافت و زمینه را برای مقبولیت جهانی نظریه‌ی وی، علی‌رغم فضای ضدآلمانی پس از جنگ جهانی اول فراهم کرد. در این مقاله، نگاهی به زمینه‌ها و حواشی این رویداد تاریخی داریم.
معروف است که کسوف ۲۸ مه ۵۸۵ پیش از میلاد، به جنگ شش‌ساله‌ی بین حکومت مادها تحت پادشاهی هُوَخشتره با حکومت لیدیه تحت پادشاهی الیات، پایان داد و زمینه را برای انعقاد یک میثاق صلح بین این دو پادشاهی فراهم کرد؛ جنگی که از آن پس معروف شد به «نبرد کسوف».
۲۵۰۴ سال و یک روز بعد، کسوفی دیگر به مصاف تعیین‌کننده‌ی بین دو رقیبِ قدَرقدرت پایان داد؛ این‌بار رقبایی در قلمرو علم – با این تفاوت که این واقعه‌ی آسمانی نه فقط خود به زمینی برای نزاع بین دو رقیب مبدل شد، بلکه برنده را هم نهایتاً خود مشخص کرد: برنده، فیزیکدانی بود جوان و نسبتاً گمنام که به رغم شکست کشورش در نبرد با متفقین، یک‌تنه و یک‌شبه به حاکمیت دویست‌ساله‌ی یک فیزیکدان بریتانیایی بر این علم پایان داد.
پیش از کسوف
دیدگاه‌های اینشتینِ جوان، دیدگاه‌هایی بود عمدتاً با پیش‌زمینه‌های فلسفی و ناظر بر اصول موضوعه‌ی فیزیک. بسیاری معتقدند که او بی‌خبر از نتایج آزمایشات مایکلسون-مورلی، و صرفاً بر پایه‌ی محاسباتی که در چارچوب نظریه نسبیت خاص صورت داد، در مقاله‌ی معروف سال ۱۹۰۵ خود به این نتیجه رسید که سرعت نور در خلأ، صرفنظر از سرعت منبع آن، همواره سرعتی است ثابت (جهت کسب اطلاعات بیشتر راجع به پیش‌زمینه‌های نظریه نسبیت خاص و آزمایشات مایکلسون-مورلی، نگاه کنید به: در ستایش مردی که زیاد می‌دانست). او با همین استقلال نظری و دیدگاه‌های بنیان‌فکنانه‌اش، بی‌توجه به دغدغه‌های جامعه‌ی وقت فیزیک، مبانی این علم را نشانه رفته بود، و در این بین مخالفانی جدی را هم برای خود می‌تراشید.
در سال ۱۹۱۱، اینشتین در جریان تدوین نظریه نسبیت عام خود، پیش‌بینی کرد که مسیر پرتوهای نور حین گذر از کنار خورشید باید اندکی خمیده بشود. (در خصوص پیش‌زمینه‌های نظری این پیش‌بینی، نگاه کنید به بخش «جوانه‌ی یک نسبیت عام»، از مقاله: یکصد سال چیرگی نسبیت عام). اما چیزی نگذشت که فیزیکدان ملی‌گرا و نازی آلمانی، فیلیپ لنارد، که از زمره‌ی مخالفین جدی اینشتین و دیدگاه‌هایش به شمار می‌رفت، او را متهم به سرقت ایده‌های یوهان گئورگ فون‌سولدنر، فیزیکدان آلمانی قرن هجدهم کرد.
در سال ۱۸۰۱، سولدنر بر مبنای «نظریه ذره‌ایِ نور» و در چارچوب مکانیک نیوتنی، پیش‌بینی کرده بود که مسیر پرتوهای نور حین گذر از کنار خورشید، باید اندکی خمیده شود. با اثبات ماهیت موجی نور در ابتدای قرن نوزدهم، پیش‌بینی سولدنر نیز به محاق فراموشی رفته بود؛ اما محاسبات اینشتین، بار دیگر توجهات را جلب این پیش‌بینی کرد – هرچند که این محاسبات بر مبنایی کاملاً متفاوت بود. با این وجود، نتیجه‌ی هر دو پیش‌بینی، عددی یکسان برای مقدار این انحراف به دست می‌داد.
همین موضوع انگیزه‌ای شد تا پیش از کسوف ۱۰ اکتبر ۱۹۱۲، که مسیر گرفت کلّی آن فقط از سرزمین‌هایی در شمال آمریکای جنوبی گذر می‌کرد، رییس وقت رصدخانه ملی آرژانتین، تدارک پویشی را برای اثبات یا ابطال تجربی این پیش‌بینی بدهد. در جریان یک کسوف کلی، ستارگان پیرامون خورشید در تاریکی آسمان آشکار می‌شوند و می‌توان با مقایسه موقعیت نسبی‌شان در اطراف خورشید در مقایسه با موقعیت نسبی‌شان در غیاب خورشید، به میزان انحراف نور آنها از مسیر مستقیم پی برد. اما ابرها و هوای بارانی، مانع از تحقق این مهم شدند. در آن مقطع، اخترشناس انگلیسی، آرتور ادینگتون جزو یکی از اعضای پویش بود.
اما چیزی نگذشت که اینشتین با کار بیشتر بر روی نظریه‌اش متوجه شد که در محاسبات سال ۱۹۱۱اش اشتباهی رخ داده: میزان انحراف پیش‌بینی‌شده در چارچوب نسبیت عام، دو برابر میزان انحرافی است که سولدنر در چارچوب مکانیک نیوتونی پیش‌بینی کرده بوده، نه مساوی با آن. این فرصتی بی‌بدیل در اختیار اینشتین می‌گذاشت تا با فقط یک محاسبه بتواند رقیب سرسخت خود، مکانیک نیوتنی را از میدان به در کند – یا که تسلیم واقعیت بشود. از همین‌رو وی در نامه‌ای مورخ ۱۴ اکتبر ۱۹۱۳، از اخترشناس آمریکایی جورج هِیل خواست تا راهی را برای محاسبه‌ی این انحراف مطرح بکند. پیشنهاد هِیل، تدارک پویشی دیگر برای رصد کسوف کلی بعدی بود که در ۲۱ اوت ۱۹۱۴ به وقوع می‌پیوست.
بدین‌ترتیب، تیمی متشکل از اخترشناسان آمریکایی و آلمانی به سرپرستی اروین فینلی-فروندلیش از رصدخانه برلین (که در آن مقطع محل کار اینشتین بود)، به منظور رصد این کسوف تعیین‌کننده، عازم شبه‌جزیره‌ی کریمه واقع در خاک امپراطوری روسیه شدند. اما تنها سه هفته مانده به تاریخ کسوف، جنگ جهانی اول آغاز شد، و چیزی هم نگذشت که آلمان به روسیه اعلان جنگ داد. زمانه از دو هزار سال پیش تغییر کرده بود، و نه فقط این کسوف تأثیری بر روند تحولات میدانی (چنانکه در نبرد ماد و لیدیه) نگذاشت، بلکه به مانعی جدی پیش پای آن پویش نیز مبدل شد: عده‌ای از اعضای گروه مجبور شدند به آلمان برگردند و عده‌ای هم به اسارت نیروهای روسیه درآمدند. کسوف کلی آن سال آشکارا در محاق «جنگ بزرگ»، نادیده ماند، و فرصت آزمودن ملموس‌ترین پیش‌بینی نسبیت عام در آن مقطع، در خوشبینانه‌ترین حالت، به کسوف کلّی بعدی موکول شد.
بزنگاه ۲۹ مه ۱۹۱۹
در سال ۱۹۱۶، فیزیکدان هلندی، ویلِم دوسیتر، گزارشی را به انجمن سلطنتی علوم بریتانیا ارائه کرد مشتمل بر مقالات اینشتین راجع به نسخه‌ی تکمیل‌شده‌ی نسبیت عام (که یک سال پیش‌تر در برلین معرفی شده بود). این مقالات، خاصه توجه ادینگتون (اخترشناس، و از اعضای پویش رصد کسوف ۱۹۱۲ در آرژانتین) را جلب کرد که در آن مقطع، به عنوان استاد اخترشناسی در دانشگاه کیمبریج مشغول به تدریس بود. او به اتفاق اخترشناس سلطنتی، فرانک واتسون دایسون، طرح پویشی دیگر را ریخت برای رصد کسوف کلی مه ۱۹۱۹.
این کسوف از چند جهت قابل توجه بود: اولاً گرفت کلی خورشید در جریان این کسوف، ۶ دقیقه و ۵۱ ثانیه به طول می‌انجامید، که چنین بازه‌ی طولانی‌مدتی از گرفت کامل، طی پانصد سال گذشته‌اش بی‌سابقه بود. این به اخترشناسان فرصتی کافی می‌داد تا به مشاهدات مطلوب‌شان جامه عمل بپوشانند. ثانیاً در جریان کسوف، خورشید در پس‌زمینه‌ای از ستارگان خوشه‌ی ستاره‌ایِ قلائص در صورت فلکی ثور واقع شده بود. بدین‌ترتیب، میزان انحراف نور را در خصوص ستارگان نسبتاً زیادی می‌شد محاسبه کرد و بدین‌وسیله به نتایجی قطعی‌تر رسید. و ثالثاً ستارگان این خوشه، ستارگانی نسبتاً پرنور بودند و شانس ثبت و محاسبه‌ی دقیق میزان جابجایی‌شان بالا بود.
ادینگتون به عنوان عضوی از جامعه‌ی کوئِیکرها (اقلیتی مسیحی)، به رغم مشمولیت در دوره‌ی خدمت اجباری و لزوم اعزام به جبهه در انتهای دوره‌ی معافیت تحصیلی، بر مبنای اعتقادات دینی‌اش همچنان از شرکت در جنگ سر باز می‌زد. اما فرصت رصد کسوف سال ۱۹۱۹ به وی امکان داد تا به یاری دایسون، نه تنها مقامات را به تمدید دوازده‌ماهه‌ی دوره‌ی معافیت تحصیلی‌اش برای شرکت در آن پویش متقاعد کند، بلکه بودجه‌ای ۱۰۰۰ پوندی (معادل ۷۵ هزار دلار امروز) را نیز برای پیشبرد این پویش از دولت بریتانیا جلب نماید. این درخواست در قالب نامه‌ای هوشمندانه به قلم دایسون برای انجمن سلطنتی علوم بریتانیا تنظیم شد.
بخشی از قوت متقاعدکنندگی این نامه، در تأکید آن بر دلالت‌های سیاسی این پویش بود؛ اینکه این پویش پاسخی خواهد بود به ”تصوری شایع اما اشتباه مبنی بر اینکه اهم تحقیقات علمی در آلمان انجام می‌شود“.
لذا جو ضدآلمانی حاکم بر سطوح حاکمیتی بریتانیا، در متقاعد کردن مقامات این کشور به حمایت از پویش ادینگتون بی‌اثر نبود – هرچند که شخص ادینگتون، همچون اینشتین، از دخالت علم و سیاست سخت اجتناب می‌کرد. بدین‌ترتیب، در بحبوحه‌ی حملات بی‌امان ارتش آلمان به مواضع متفقین بود که ادینگتون برنامه‌ی سفری را چید که نتیجه‌اش اعطای مجوزی رسمی بود به یک فیزیکدان آلمانی (اینشتین) برای پایان دادن به دویست و بیست‌سال سلطه‌ی یک فیزیکدان بریتانیایی (نیوتن) بر علم فیزیک.
پویش ادینگتون منجر شد به تشکیل دو تیم از ستاره‌شناسان که به دو نقطه‌ی متفاوت از زمین اعزام می‌شدند تا نه فقط محاسبات مربوطه حین کسوف را مستقلاً صورت بدهند، بلکه تجربه‌ی تلخ سنگ‌اندازیِ ابرها در جریان کسوف‌های سابق را هم کم‌رنگ‌تر کنند. بدین‌وسیله تیمی متشکل از ادینگتون و ادوین کاتینگهام از رصدخانه‌ی کیمبریج عازم جزیره پرنسیپ، متعلق به کشور گینه (که در آن مقطع از مستعمرات پرتغال بود) شد؛ و تیم دیگر، مشتکل از اندرو کرامِلین، اخترشناس فرانسوی، و چارلز دیویدسون از رصدخانه‌ی گرینویچ، در شهر کوچک سوبرال واقع در شمال شرق کشور برزیل مستقر گردید.
ابزارآلات رصدی دو تیم، تلسکوپ‌هایی بودند ویژه‌ی رصد ستارگان، نه رصد خورشید. به عنوان نمونه، تلسکوپ‌هایی از رصدخانه‌های گرینویچ و آکسفورد به همین منظور از مقرهایشان پیاده شده و در اختیار دو گروه قرار داده شدند. اما تلسکوپِ بدون مقر، برای ثبت لحظاتی چنین حساس، عملاً بی‌فایده بود؛ و اعضای گروه هم امکان انتقال مقرهای سنگین چنین تلسکوپ‌هایی را نداشتند. در نتیجه، تصمیم بر این شد تا تلسکوپ‌ها در موضعی ثابت و افقی مستقر بشوند، و در عوض نور خورشید از طریق یک آینه‌ی متحرک به درون لوله‌ی تلسکوپ‌ها هدایت بشود؛ آینه‌‌هایی که خود روی مقرهایی کوچک‌تر و هماهنگ با حرکت وضعی زمین مستقر شده بودند.
صبح روز ۲۹ مه در سوبرال، با آسمانی ابری آغاز شد و حضور دسته‌جمعی مردم محلی که به قصد تماشای کسوف در اطراف تلسکوپ‌ها جمع شده بودند. تا لحظه‌ی تماس اول قرص ماه با خورشید، ۹۰ درصد آسمان پوشیده از ابر بود. اما بادهای موافق، ابرها را به سرعت پراکندند و لحظات دلهره‌آور کسوف کلی در آسمانی صاف آغاز شد. پس از پایان هفت دقیقه‌ی بحرانی، دو ستاره‌شناس اعزامی به سوبرال موفق شدند ۱۹ عکس را از طریق تلسکوپ اصلی، و ۸ عکس را از طریق تلسکوپ فرعی به ثبت برسانند.
در آن سوی اقیانوس اطلس، تیم ادینگتون روز سخت کاری‌شان را با شدیدترین رگباری که به چشم دیده بودند آغاز کردند. تا ساعاتی بعد از آن نیز ابرها، به قول ادینگتون، ”تقریباً هر امیدی را شستند و بردند“. تا ساعت ۱ و ۵۵ دقیقه ظهر که هلالی نازک از خورشید در پشت ابرها ظاهر شد، هیچ نشانی از خورشیدِ گرفته در آسمان تاریک پرنسیپ به چشم نمی‌خورد. گرفت کلی، در ساعت ۲ و ۱۳ دقیقه، از پشت لایه‌ی نازکی از ابر آغاز شد؛ و ادینگتون و کاتینگهام، عملیات عکاسی را طبق برنامه به پیش بردند. نتیجه‌ی کار؟ آنچنان‌که در پیام تلگرافیِ ادینگتون به دایسون آمده: ”از پشت ابر. امیدوار“.
پس از اتمام کار، تصمیم تیم مستقر در سوبرال این شد که صفحه‌های عکاسی را در همان محل ظاهر کنند، چراکه با انتقال صفحه‌ها به بریتانیا از مسیر دریا، احتمال آسیب دیدن‌شان بالا بود. بدین‌وسیله در شب بعد، چهار صفحه‌ی اول ظاهر شد. اما نتایج، نگران‌کننده بود: با اینکه تیم از دقت ابزارها اطمینان داشت، به نظر می‌رسید که ستارگان پیرامون خورشید به شکلی محو و خارج از فوکوس ثبت شده‌اند. دلیل این موضوع می‌توانسته انبساط آینه‌ی اصلی تلسکوپ در نتیجه گرمای خورشید بوده باشد. در شرایط عادی، آن میزان از محوشدگی چندان نگران‌کننده نمی‌بود، اما ثبت زاویه‌ای به کوچکیِ آنچه که تیم به دنبالش بود، دقتی بیش از این را می‌طلبید.
طبق پیش‌بینی مکانیک نیوتونی، خمیدگی پرتوهای نورِ مربوط به ستارگانی که مماس با خورشیدند، در نسبت با موقعیت اصلی‌شان در غیاب خورشید، زاویه‌ای معادل تنها ۸۷ صدم ثانیه قوس خواهد ساخت (هر ثانیه قوس برابر است با یک‌سه‌هزار و ششصدم یک درجه). پیش‌بینی اینشتین، چیزی در حدود دو برابر این مقدار بود: ۱ ممیز ۷۵صدم ثانیه قوس. با این‌حال، به نظر نمی‌رسید هیچ ستاره‌ای مماس با قرص خورشید ثبت شده باشد. لذا زاویه‌ی مورد انتظار حتی از این اعداد نیز کمتر بود، و نیاز به دقتی مثال‌زدنی احساس می‌شد.
خوشبختانه عکس‌هایی که با تلسکوپ فرعی تیم سوبرال ثبت شده بود، امیدوارکننده‌تر بودند. طی شش شب آتی، آنها هر شب دو صفحه را ظاهر می‌کردند. معلوم شد در ده‌تای اول عملاً ستاره‌ای به ثبت نرسیده است. در شش‌تای آخر اما تعدادی ستاره به چشم می‌خورد که امید می‌رفت تا به کار محاسبات مدنظر بیایند.
ادینگتون در روز سوم کار با صفحه‌ها سرانجام موفق شد از طریق ابزاری موسوم به میکرومتر، جایگاه چند ستاره را در اطراف خورشید معلوم کند. برنامه این بود تا گروه به مدت چند ماهِ دیگر نیز در محل مستقر باشند، تا با دور شدن خورشید از موضع کسوف، شبانه با همان ابزارها و با صفحاتی مشابه، در همان محل، عکس‌هایی از همان منطقه از آسمان، این‌بار در غیاب خورشید بگیرند. اما بروز ناهماهنگی‌هایی در خطوط کشتیرانی، شانس اقامت طولانی‌مدت تیم در جزیره را کمرنگ کرد، چراکه با اعزام آخرین کشتی از پرنسیپ (که در آن دو جا توسط فرماندار وقت جزیره اختصاصاً برای تیم کسوف رزرو شده بود)، مشخص نبود که موعد حرکت بعدی یک کشتی از جزیره چه موقع خواهد بود. لذا ادینگتون و کاتینگهام مجبور به ترک زودهنگام جزیره شدند تا رصدهای مربوطه را با همان ابزارها در بریتانیا به ثمر برسانند.
پس از ماه‌ها دوری و کار مشقت‌بار، دو تیم شروع به نتیجه‌گیری از داده‌هایشان کردند: تیم ادینگتون در کیمبریج، و تیم سوبرال در گرینویچ؛ هر دو مستقل از یکدیگر. فقط در دو عکس از مجموع شانزده عکس ادینگتون، می‌شد جابجایی‌ها در حداکثر پنج ستاره را تشخیص داد؛ که مقدار متوسط‌شان ۱ ممیز شصت‌ویک‌صدم ثانیه قوس بود – عددی به مراتب نزدیک‌تر به پیش‌بینی اینشتین تا پیش‌بینی مکانیک نیوتنی. عکس‌های تیم سوبرال، امیدوارکننده‌تر بودند؛ چراکه هر هفت ستاره‌ی مورد انتظار در میدان دید، به ثبت رسیده بودند و می‌شد جابجایی‌شان را تعیین کرد: ۱ ممیز نود و هشت‌صدم ثانیه قوس.
پیش‌بینی نسبیت عام عملاً به تأیید تجربی رسیده بود. از آنجاکه هیچ‌گونه خط تماس مستقیمی از لندن به برلین برقرار نبود، نتایج اولیه به میانجی فیزیکدان هلندی، هنریک لورنتس که شهروند کشوری بی‌طرف محسوب می‌شد، به برلین و نزد اینشتین تلگراف شد: ”ادینگتون موفق شده تغییر موضع ستاره‌ها بر لبه‌ی خورشید را تشخیص بدهد؛ مقدار امیدوارکننده‌ای در حدفاصل نُه‌دهم ثانیه [قوس] تا دو برابر آن“.
هیچ گزارشی از واکنش اولیه اینشتین به این خبر در دست نیست؛ اما ایلزه روزنتال-اشنایدر، از شاگردان وی در دانشگاه برلین به خاطر دارد که اینشتین پیام تلگراف را به وی نشان داد و گفت: ”شاید برات جالب باشه“. روزنتال از او پرسید اگر غیر از این می‌بود؟ و اینشتین در جواب گفت: ”در اینصورت برای خدا متأسف می‌بودم. به هر جهت، نظریه درست است“.
اعلان رسمی نتایج پویش، در ششم نوامبر ۱۹۱۹، در ساختمان مملوء از جمعیت برلینگتون‌هاوسِ انجمن سلطنتی علوم توسط ادینگتون صورت گرفت. بعدها یکی از حاضرین در این رویداد تاریخی، سِر آلفرد نورث وایتهد، فیلسوف و ریاضیدان بریتانیایی، راجع به هیجان حاکم بر جو جلسه نوشت: ”التهاب آن اشتیاق شدید، عیناً شبیه به نمایش‌های یونانی بود“.
فردای همان روز، روزنامه‌ی تایمز لندن، با تیتر تاریخیِ «انقلاب در علم»، نام «پزشک مشهور، اینشتین» را (که البته نه پزشک بود و نه مشهور!) برای نخستین بار به سمع و نظر عموم مردم رساند.
انفجار خبر موفقیت اخترشناسان انگلیسی در نشاندن اولین مُهر تأیید تجربی بر نظریه نسبیت عام، آخرین سد بین ادینگتون و اینشتین را هم شکاند و امکان ارتباط مستقیم بین دو دانشمند عاقبت میسر شد. ماجرای این رابطه‌ی علمیِ پرفراز و نشیب و جذاب را می‌توان در تحقق رؤیای این دو دانشمندِ صلح‌طلب در جهانی سوخته از آتش جنگ و آبستن جنگی دیگر خلاصه کرد، رؤیایی که در این جملات از خلال نخستین نامه‌ی ادینگتون به اینشتین در ۱ دسامبر ۱۹۱۹ به بیان درآمده است: ”در تمام انگلستان حرف، حرف نظریه شماست. ... این بهترین اتفاقی است که می‌توانست برای مناسبات علمی بین انگلستان و آلمان بیافتد“.
نظرها
نظری وجود ندارد.