Hvað var að gerast í sögu heimsfræðinnar um 1918?

Nafn þitt

Netfang þitt

Netfang móttakanda

Ruslpóstvörn =

Svar

Hvað var að gerast í sögu heimsfræðinnar um 1918?
Mikilvægasti atburðurinn í sögu heimsfræðinnar kringum árið 1918 var vafalaust sá að þýsk-svissnesk-bandaríski eðlisfræðingurinn Albert Einstein (1879-1955) setti fram almennu afstæðiskenninguna (e. general theory of relativity) í lok árs 1915. Kjarni hennar fólst í svonefndum sviðsjöfnum sem lýsa gerð rúmsins ásamt því hvernig þyngdarkraftur er háður dreifingu massa og orku í rúminu. Einstein aflaði kenningunni strax nokkurs fylgis með því að reikna út hvernig forsagnir hennar víkja mælanlega frá þyngdarfræði Newtons í þremur tilteknum tilvikum. Tvö af þessum tilfellum komu strax heim við þekktar mælingar og viðhorf en í þriðja tilfellinu voru þá ekki til nógu nákvæmar mælingar. Forsögnin var sú að ljósið beygir þegar það kemur í grennd við mikinn massa. Hún var síðan sannreynd með athugunum við sólmyrkva árið 1919 sem komu heim við forsögn Einsteins. Það vakti mikla athygli um allan heim og eftir það varð Einstein eins konar tákn vísindanna í augum almennings.

Hann fékk síðan Nóbelsverðlaun ársins 1921, þó ekki fyrr en á árinu 1922 og ekki fyrir afstæðiskenninguna heldur fyrir rannsóknir sínar á ljósröfun (e. photoelectricity) sem hann hafði birt löngu fyrr, eða á árinu 1905 og síðar.

Óhætt er að segja að almenna afstæðiskenningin olli smám saman straumhvörfum í heimsfræði, það er í hugmyndum okkar um alheiminn, gerð hans, stærð og þróun. Þýski eðlis- og stjarnfræðingurinn Karl Schwarzschild (1873-1916) tók þessa nýstárlegu kenningu alvarlega og reið á vaðið með því að setja fram nákvæma lausnir á jöfnum Einsteins fyrir punktlaga og kúlulaga massadreifingu skömmu eftir að Einstein hafði sett þær fram. Er byggt á niðurstöðum Schwarzschilds enn þann dag í dag í hugmyndum okkar um svarthol (e. black holes) og fleira.

Einstein hélt sögunni áfram árið 1917 með því að skrifa sérstaka grein um heimsfræðilegar athuganir í tengslum við hina nýju kenningu sína. Málin stóðu þá þannig að mönnum þótti ekkert benda til annars en að alheimurinn væri í aðalatriðum stöðugur (e. stable) og í aðalatriðum evklíðskur (e. Euclidean) sem kallað er, en það þýðir meðal annars að honum má lýsa með rétthyrndum hnitum og ljósgeisli eða hlutur sem fer eftir beinni línu burt frá okkur heldur áfram endalaust og kemur aldrei aftur. Einnig gildir í slíkum heimi að hægt er að draga eina og aðeins eina línu gegnum tiltekinn punkt samsíða gefinni línu utan punktsins. Þetta fannst bæði Einstein og öðrum eðlileg hugmynd á þessum tíma enda lágu ekki fyrir neinar mælingar eða athuganir sem bentu til annars.

Einstein þótti þessi einfalda heimsmynd svo sjálfsögð og aðlaðandi að hann lagði lykkju á leið sína til að laga almennu afstæðiskenninguna að henni með því að innleiða í hana svokallaðan heimsfasta (e. cosmological constant) til að kenningin gæti lýst stöðugum heimi. Síðar kom þó í ljós að þessi aðgerð hans var í rauninni ástæðulaus samkvæmt þeim rökum sem hann beitti upphaflega, því að það þurfti einfaldlega ekki að tryggja að heimurinn gæti verið stöðugur! Í fyrsta lagi lögðu belgíski presturinn og stjarnvísindamaðurinn Georges Lemaitre (1894-1966) og bandarísku stjarnvísindamennirnir Vesto Melvin Slipher (1875-1969) og Edwin Hubble (1881-1953) fram athuganir og pælingar sem sýndu að vetrarbrautirnar eru margar og í öðru lagi að þær væru langflestar að fjarlægjast hver aðra og alheimurinn væri því ekki stöðugur heldur að þenjast út án afláts. Í öðru lagi sýndu hollenski stærðfræðingurinn og eðlisvísindamaðurinn Willem de Sitter (1872-1934) og rússneski eðlis- og stærðfræðingurinn Alexander Friedmann (1888-1925) um svipað leyti fram á að jöfnur Einsteins geta vel lýst slíkum breytilegum heimi, til dæmis í útþenslu.

Upp úr 1930 voru gögn sem studdu útþenslu alheimsins orðin svo skýr og öflug að Einstein varð að fallast á hana. Myndaðist þá tímabundin samstaða vísindamanna um heimslíkan þar sem þenslan var stöðug. Menn urðu hins vegar að gefa það líkan upp á bátinn á árunum 1990-2000 þegar í ljós kom að þenslan er ekki stöðug heldur verður hún sífellt örari. En þá er líka mál að linni í þessu svari sem fjallar fyrst og fremst um stöðu mála kringum 1918.

Lesandinn hefur vonandi sannfærst um að kringum 1918 var sannarlega mikið að gerast í sögu heimsmyndarinnar. Því má blátt áfram lýsa þannig að þá hafi vísindaleg heimsfræði verið að fæðast!

Lesefni:

• Þorsteinn Vilhjálmsson (ritstj.), 2015. Einstein, eindir og afstæði. Reykjavík: Hið íslenska bókmenntafélag.

Myndir:

• Vísindavefurinn: Hvernig var sólmyrkvi notaður til að sýna fram á kenningar Einsteins?. (Sótt 24.01.2018). Myndatextinn kemur einnig að mestu leyti úr því svari.
• File:Max-Planck-und-Albert-Einstein.jpg - Wikipedia. (Sótt 24.01.2018).

Spurningu Soffíu er hér svarað að hluta....