Eddington deneyi

Eddington deneyi, 1919'da İngiliz gök bilimciler Frank Watson Dyson ve Arthur Stanley Eddington tarafından düzenlenen gözlemsel bir Genel Görelilik testiydi. Gözlemler, biri Batı Afrika Príncipe adasına, diğeri ise Brezilya'nın Sobral kasabasına olmak üzere iki seferle 29 Mayıs 1919'daki tam güneş tutulması sırasında gerçekliştirildi. Bu gözlemin amacı, Güneş'in yanından geçen yıldız ışığının, güneşin kütleçekiminden kaynaklanan sapmasını ölçmekti. Bu sapmanın değeri Albert Einstein tarafından 1911 tarihli bir makalede öngörülmüştü ve 1915 Genel Görelilik teorisi için önerilen testlerden biriydi. Gözlem sonuçları Eddington tarafından Londra Kraliyet Cemiyeti'ne sunuldu ve bazı görüşmelerden sonra kabul edildi. Gazetede sonuçlarının yer almasının ardından, Einstein ve teorileri dünya çapında ün kazandı.
Arka plan
Yerçekimi ışığının sapmasının ilk değerlendirmelerinden biri, 1801'de, Johann Georg von Soldner Newton'un yerçekiminin büyük bir nesnenin yanından geçtiğinde yıldız ışığının sapacağını öngördüğünü belirttiğinde yayınlandı. Başlangıçta, 1911'de yayınlanan bir makalede Einstein, ışık sapmasının miktarının Newton değeriyle aynı olduğunu yanlış hesaplamıştı. Arjantinli bir ekip tarafından 1912'de Brezilya'da bir tutulmanın gözlemini yaparak sapma miktarını ölçme planları vardı, ancak kötü hava koşulları gözlem yapılmasını engelledi. Eddington, 1912 tutulmasını gözlemlemek için bir Brezilya seferine katıldı.
Einstein'ın genel görelilik üzerine ana çalışması 1915'e kadar yayınlanmamış olsa da, o zamandan önce 1911 hesaplamasının yanlış olduğunu ve aslında Newton modelinde öngörülen etkinin genel görelilik tarafından öngörülen değerin sadece yarısı olduğunun farkındaydı. Bu, teorisi için olası bir test önerdi ve 1913'te Einstein, George Ellery Hale'den Güneş'ten geçerken bir yıldızdan gelen ışık sapmasını tespit etmenin bir yolunu önermesini istedi. Hale bunun toplam güneş tutulması sırasında yapılabileceğini söyledi. Bu, 1914'te gerçekleşen Alman ve ABD gök bilimcileriyle bir başka tutulma seferine yol açtı. Einstein'ın o sırada çalıştığı Berlin Üniversitesi'nden Erwin Finlay-Freundlich tarafından düzenlendi ve Lick Gözlemevi'nden ABD gök bilimcisi William Wallace Campbell'ı içeriyordu. 21 Ağustos tutulmasını gözlemlemek için Kırım'a gitti. Ancak, Birinci Dünya Savaşı o yılın Temmuz ayında başladı ve Almanya 1 Ağustos'ta Rusya'ya savaş ilan etti. Alman gök bilimciler ya eve dönmek zorunda kaldı ya da Ruslar tarafından esir alındı. ABD'li gök bilimcile ise gözaltına alınmamasına rağmen, bulutlar tutulma sırasında gözlem yapılmasını engelledi.
Eddington'ın genel göreliliğe ilgisi 1916'da, Birinci Dünya Savaşı sırasında, Hollandalı fizikçi Willem de Sitter tarafından İngiltere'deki Kraliyet Astronomi Derneği'ne gönderilen Einstein'ın (1915'te Almanya'da Berlin'de sunulan) makalelerini okuduğu zaman başladı. Daha sonra teoriyi anlayan az sayıdaki insandan biri olduğu söylenen Eddington, 1916'da British Association'daki bir toplantıda önemini fark etti ve görelilik üzerine ders verdi. Teoriyi ışık sapmasının tutulma gözlemleri gibi yöntemlerle test etmenin önemini vurguladı ve Astronom Royal, Frank Watson Dyson, Mayıs 1919'da tutulma için böyle bir test için özellikle uygun olacak planlar yapmaya başladı. Eddington ise, Fizik Derneği için, genel görelilik hakkında Yerçekimi Görelilik Teorisi Raporu (1918) adında büyük rapor hazırlamıştır. Eddington ayrıca 1913'ten beri astronomi profesörü olduğu Cambridge Üniversitesi'nde görelilik üzerine dersler vermiştir.
İngiltere'de savaş zamanı zorunlu askerlik 1917'de tanıtıldı. 34 yaşındayken Eddington orduya hazırlanmaya hak kazandı, ancak bundan muafiyeti üniversitesi tarafından ulusal çıkarlar temelinde elde edildi. Bu muafiyet daha sonra Savaş Bakanlığı tarafından temyiz edildi ve Haziran ve Temmuz 1918'de bir dizi duruşmada, Quaker olan Eddington, dini gerekçelerle vicdani retçi olduğunu belirtti. Son duruşmada, Gök bilimci Kraliyet Frank Watson Dyson, Eddington'ın ertesi yıl Mayıs ayında Einstein'ın Genel Görelilik Teorisini test etmek için toplam tutulmayı gözlemlemek için bir sefer yapmasını önererek muafiyeti destekledi. Temyiz kurulu, Eddington'un bunu yapması için on iki aylık bir uzatma verdi. Bu uzatma, Kasım ayında Ateşkes Antlaşması'nın imzalanmasıyla tartışmalı olmasına rağmen, savaşı sona erdirmekle birlikte, sefer planlandığı gibi devam etti.
Teori
Deneyin arkasındaki teori, Işığın Güneş tarafından öngörülen sapması ile ilgilidir. Işık sapmasının ilk gözlemi, yıldızların göksel küre üzerinde Güneş'in yanından geçerken konumlarındaki değişime dikkat edilerek gerçekleştirildi. Sonsuzluktan gelen ve sonsuzluğa geri dönen kütlesiz bir parçacık için yaklaşık açısal sapma δ φ aşağıdaki formülle verilir:

Burada b, en yakın yaklaşımın mesafesi olarak yorumlanabilir. Bu formül yaklaşık olsa da, en iyi şekilde ölçüm için doğru yerçekimi mercekleme bağlı oranı r s / b yetersizliğine. Güneşin yüzeyini hafif otlatmak için yaklaşık açısal sapma kabaca 1.75 arcseconds. Bu, Newton yerçekimi teorisini kullanan hesaplamalarla tahmin edilen değerin iki katıdır. Eddington'un keşif seferi ve daha sonraki tutulma gözlemcileri gözlemlemeye çalışacakları iki teori arasındaki sapmadaki bu farktı.
Seferler ve Gözlemler
Keşiflerin amacı, toplam güneş tutulması sırasında Ay'ın kapatma etkisinden faydalanmak ve güneş tutulması sırasında Güneş çevresindeki gökyüzündeki yıldızların konumlarını ölçmek için astrometri kullanmaktı. Güneş'in parlaklığı nedeniyle normalde gündüz görünmeyen bu yıldızlar, Ay'ın güneş diskini kapladığı bütünlük anında görünür hale gelir. Tutulma sırasında yıldızların gözlenen pozisyonundaki bir fark, gece normal konumlarına kıyasla, bu yıldızlardan gelen ışığın Güneş'e yaklaşırken büküldüğünü gösterecektir. Dyson, 1916'daki keşif gezisini planlarken, 1919 tutulmasını seçti çünkü Güneş, Hyades adı verilen parlak bir yıldız grubunun önünde gerçekleşecekti. Bu yıldızların parlaklığı, konumdaki değişiklikleri ölçmeyi kolaylaştıracaktır.
İki yerden iki takım tutulmanın iki yerde gözlemlenmesi için gönderilecekti: Batı Afrika adas, Príncipe ve Brezilya kasabası, Sobral.
Príncipe keşif üyeleri, Cambridge Gözlemevi'nden Eddington ve Edwin Turner Cottingham, Sobral keşif üyeleri ise Londra'daki Greenwich Gözlemevi'nden Andrew Crommelin ve Charles Rundle Davidson'du. Eddington Cambridge Gözlemevi Direktörü ve Cottingham gözlemevi enstrümanları üzerinde çalışan bir saatçiydi.
Keşif gezileri, Kraliyet Topluluğu ve Kraliyet Astronomi Topluluğu arasında ortak bir komite olan Ortak Daimi Tutulma Komitesi tarafından, Astronom Kraliyet Dyson başkanlığında düzenlendi. Keşif için fon başvurusu Hükümet Hibe Komitesine yapıldı ve enstrümanlar için 100 £, seyahat ve diğer maliyetler için 1000 £ istedi.
Principe keşif gezisi için kullanılan ekipman Oxford'daki Radcliffe Gözlemevi 'nden alınmış bir astrografik mercekti. Eddington İngiltere'den Mart 1919'da yelken açtı. Mayıs ortasına kadar, Gine Körfezi 'nde, Gine Körfezi' ndeki bir ada olan Principe'ye, o zamanki İspanya Gine yakınında kurulmuştu. Tutulmanın 29 Mayıs öğleden sonra saat 14.00'te gerçekleşmesi gerekiyordu, ancak o sabah şiddetli yağmurlu bir fırtına vardı. Eddington şunu yazdı:
Eddington fotoğrafları Principe üzerinde geliştirdi ve tutulma sırasında yıldız konumlarındaki değişikliği ölçmeye çalıştı. 3 Haziran'da, levhaların kalitesini düşüren bulutlara rağmen, Eddington not defterinde şunları kaydetti: "... ölçtüğüm bir tabak Einstein'la hemfikir bir sonuç verdi."
Sonuçlar ve yayın
Sonuçlar 1919'un Kasım ayında Royal Society toplantısında açıklandı Ve 1920'de Philosophical Transactions of the Royal Society'de yayınlandı.. Keşif gezisinden döndükten sonra Royal Astronomical Society tarafından düzenlenen bir akşam yemeği sırasında kaygısızlığını göstermek için konuşurken Ömer Hayyam'ın Rubaiyat eserindeki üslubüna benzer bir üslup ile şu mısrayı söyledi:
Anında Etki
Sonuç muhteşem haberler olarak kabul edildi ve çoğu büyük gazetenin ön sayfasını kaptı. Einstein ve genel görelilik teorisini dünyaca ünlü yaptı. Einstein, 1919'da Eddington ve Dyson tarafından genel görelilik doğrulanmamış olsaydı, tepkisinin ne olacağını açıklayan bir alıntı yapıldı: "O zaman sevgili Lord için üzülecektim. Teori zaten doğru. "
Sonraki Araştırmalar
Eddington deneyi ve sonuçlarının yayınlanması popüler basında derhal bir etkiye sahip olsa da, dünya çapında bilim camiasının kabulü daha hızlıydı. Diğer bilim adamları arasında genel görelilik anlayışı hala zayıftı ve 1920'lerde teori ve sonuçlar hakkındaki şüphecilik, yeni tutulma gözlemleri ve diğer görelilik testleri konuyu çözene kadar devam etti. Bu konuda önemli bir rol, her ikisi de Kaliforniya, ABD'de bulunan Lick Gözlemevi ve Mount Wilson Gözlemevi tarafından oynandı. Lick Gözlemevi'nden gök bilimciler, 21 Eylül 1922 Avustralya'da güneş tutulması gözlemleyen birkaç seferden biriydi.
Newton-sonrası yerçekimi testlerinde, parametreli Newton-sonrası formalizm, on ayarlanabilir parametre açısından, Newton'un evrensel yerçekimi yasasından olası tüm ayrılmaları parametrelendirir. Newton-sonrası yaklaşımın en erken parametrelendirmeleri Eddington (1922) tarafından yapılmıştır. Işığın yerçekimi kaynağı tarafından sapma miktarı ile ilgili parametre Eddington parametresidir (γ). Newton sonrası on parametrenin en iyi kısıtlamasıdır.
Eleştiri ve Miras
Bununla birlikte, tutulma ölçümlerinin erken doğruluğu zayıftı. Dyson ve diğ. ölçümlerinde iyimser olarak düşük bir belirsizlik söz konusudur, bu da bazı tarafından sistematik hata ve muhtemelen onay yanlılığıyla uğraştığını iddia etse de, veri kümesinin modern reanalizi Eddington analizinin doğru olduğunu göstermektedir.
1801'de Johann Georg von Soldner, Newton yerçekiminin yıldız ışığının büyük bir nesnenin etrafında büküleceğini tahmin ettiğini, ancak öngörülen etkinin, 1911 tarihli makalesinde Einstein tarafından hesaplanan genel görelilik tarafından tahmin edilen değerin sadece yarısı olduğunu belirtti. Soldner'in sonuçları, Einstein'ı itibarsızlaştırmak amacıyla Nobel ödüllü Philipp Lenard tarafından gündeme getirildi. Eddington 1919'da alternatif tahminlerin farkındaydı. Radyo frekanslarında gözlem yapılmaya başlayana kadar bu ölçümlerde önemli ölçüde belirsizlik kaldı. 1960'ların sonlarına kadar, sapma miktarının, bu sayının yarısını değil, genel görelilik tarafından öngörülen tam değer olduğu kesin olarak gösterilmemiştir.