I våras presenterades den första bilden någonsin av ett svart hål. För 100 år sedan togs en annan bild som fick djupgående konsekvenser för vetenskapen och öppnade människors ögon för en helt ny typ av fysik.
Men det hade lika gärna kunnat sluta med ett rungande fiasko. För drygt 100 år sedan togs en bild som slog världen med häpnad. För det var då, den 29 maj 1919, som den brittiske astronomen Arthur Eddington tog en serie till synes oansenliga bilder som i ett slag bevisade att Albert Einstein hade rätt, något som slungade naturvetenskapen i en helt ny riktning.
– Det var en bedrift och tack vare de här mätningarna blev den allmänna relativitetsteorin allmänt känd för första gången, säger Lennart Lindegren, professor i astronomi vid Lunds universitet.
Fyra år tidigare, 1915, hade den tyske fysikern Albert Einstein presenterat den allmänna relativitetsteorin, en teori som vände upp och ner på mycket av den tidigare fysiken. Men jublet uteblev. Teorin var så märklig, men framför allt saknades handfasta bevis. Dessutom rasade ett världskrig och allt som kom från Tyskland, inte minst vetenskap, sågs med stor skepticism av de allierade (Storbritannien, Frankrike, Ryssland och, så småningom, även USA) – och vice versa.
Liten skillnad
Ett grundläggande antagande i den allmänna relativitetsteorin är att objekt kröker den så kallade rumtiden. Som ett resultat av detta kommer ljus som färdas nära ett objekt att böjas av. Särskilt om objektet ifråga har en stor gravitation, som vår egen sol. I så fall kommer solen att böja ljuset från en bakomliggande ljuskälla, exempelvis en annan stjärna, så att stjärnan ser ut att vara någon annanstans än där den egentligen är.
Detta tog Arthur Eddington fasta på. Hans idé var att använda vår egen sol och utgå från några av de stjärnor som finns i stjärnhopen hyaderna, som ingår i Oxens stjärnbild. Tanken var att mäta stjärnornas positioner när de stod tätt intill solen, när avvikelsen är som störst, och sedan jämföra resultatet med de positioner som de ”borde” ha enligt de astronomiska tabeller som fanns till hands.
Om Einstein hade rätt skulle stjärnljuset böjas av 1,8 bågsekunder, där en bågsekund är 1/3 600 grad.
– Det är alltså en väldigt liten effekt, säger Lennart Lindegren som till vardags också arbetar med att positionera stjärnor, fast med hjälp av rymdteleskopet Gaia 1,5 miljoner kilometer från jorden.
Regnstorm
Problemet för Eddington och hans kollegor var att det är svårt att studera stjärnor i närheten av solen på grund av det starka solljuset. Den 29 maj 1919 skulle det dock inträffa en total solförmörkelse.
Månen skulle alltså placera sig på linje mellan jorden och solen och skymma solskivan helt och hållet. Men inte i Storbritannien eller ens i Europa, utan på Príncipe, en liten ö i ministaten São Tomé i Guineabukten utanför Afrikas västkust. Observationerna byggde dock på att det var molnfritt just den dagen, varför även en annan expedition skickades ut för säkerhets skull, till Sobral i norra Brasilien där solförmörkelsen också skulle vara synlig.
Förhållandena på Príncipe var svåra. Arthur Eddington och hans assistent Edwin Cottingham blev tvungna att arbeta under myggnät och fick hela tiden jaga bort apor som försökte stjäla delar av utrustningen, skriver The Guardian. På morgonen den 29 maj, samma dag som solförmörkelsen skulle inträffa, vaknade de till råga på allt till ljudet av en regnstorm.
Molnen skingrades dock, och senare på dagen, när solförmörkelsen var ett faktum, hann Eddington och Cottingham ta 16 fotografiska plåtar. Senare visade det sig att endast två av dessa innehöll tillräckligt många stjärnor för att kunna avgöra om ljuset hade böjts av eller inte.
Suddiga bilder
I Brasilien var väderförhållandena betydligt bättre, men där upptäckte forskarna till sin förfäran att samtliga 19 fotografier som de hade tagit med huvudteleskopet var oanvändbara. Värmen från solen hade fått teleskopets spegel att expandera, så att bilderna blev suddiga. Åtta andra exponeringar som hade gjorts med ett reservteleskop, resulterade dock i perfekta bilder.
I augusti 1919 träffades forskarna för att beräkna den eventuella avvikelsen och i november presenterades resultatet på Royal Society i London. Enligt bilderna tagna i Brasilien böjdes stjärnljuset 1,98 bågsekunder när det passerade solen, medan bilderna tagna på Príncipe visade en avvikelse på runt 1,6 bågsekunder. Med tanke på förutsättningarna hyllades resultatet som en häpnadsväckande framgång – och som en triumf för relativitetsteorin.
– Man kan säga att Eddington och hans kollegor hade tur att de hamnade så pass nära ändå, eftersom deras felmarginal var så pass stor. De hade alltså kunnat få samma resultat, även om Einstein hade haft fel. I dag finns det betydligt enklare sätt att mäta den här skillnaden på och med 10 000 gånger högre säkerhet, säger Lennart Lindegren.
Det har funnits en diskussion huruvida Arthur Eddington med flit valde ut de observationer som bäst passade med relativitetsteorin, men senare granskningar har visat att så inte var fallet. Felmarginalen var stor – men han hade tur.
Fakta: Krökt rumtid
Den bärande idén bakom den allmänna relativitetsteorin är att varje massiv kropp (som jorden) förändrar rummets geometri, på så sätt att allt som passerar massan, inklusive ljus, viker av och får en förändrad bana.
En kropp som rör sig genom rummet följer alltid den energisnålaste vägen, det vill säga den går rakt fram. Men om rummet är krökt blir ”rakt fram” i stället en krokig bana för en åskådare. Den ”kraft” som tycks böja av föremålets bana är vad vi vanligtvis kallar gravitation.
Även tiden påverkas, så att den går långsammare i ett gravitationsfält.
Det är anledningen till att man inom relativitetsteorin räknar med fyra dimensioner, tre rumsliga och en tidsdimension.
Källa: Science, NE, Göteborgs universitet, med flera
