19-2 Gravitačný ohyb svetla

19-2 Gravitačný ohyb svetla

Správnosť nejakej fyzikálnej teórie charakterizuje nie len to, že dokáže vysvetliť už pozorované javy, ale aj to, že experimentálne sa potvrdia aj jej predpovede.

Takto tomu bolo aj s Einsteinovou teóriou, v ktorej tvrdil, že zrýchlenie a gravitácia sú totožné. Vráťme sa do kabíny kozmickej lode, a pozrime sa čo sa stane, ak naši cestujúci sa pustia do určitých optických experimentov. Jednou základnou vlastnosťou svetla je, že sa šíri priamo – po priamke. Ak svetlometom, či laserovým ukazovátkom zasvietime na stenu oproti, svetelný lúč dopadne na náprotivnú stenu presne oproti svetlometu, či laserovému ukazovátku. Ak tento experiment zopakujeme v kabíne zrýchľujúcej sa rakety, výsledok experimentu bude trochu iný, bude ako to ukazuje obr. 19.2. Keby raketa nezrýchľovala, svetelný lúč vychádzajúci zo zdroja by dorazil, postupujúc z ľava do prava, k svetielkujúcim skleneným doskám 1, 2, 3 po priamke. Pokiaľ však raketa zrýchľuje, tieto svetielkujúce body už nebudú na jednej priamke. Svetlo prekoná vzdialenosť medzi zdrojom a sklenenou doskou 1 za rovnaký čas, ako medzi sklenenou doskou 1 a 2, či sklenenou doskou 2 a 3. V  dôsledku zrýchlenia sú svetelné body na sklenených doskách posunuté v pomere 12 = 1,22 = 4,32 = 9, a preto lúč nie je priamka, lebo prechádza bodmi S1,S2,S3, ktoré ležia na parabole. A teraz to bude zaujímavé. Pozorovateľ, na základe predstavy, že je v gravitačnom poli, urobí z pozorovania záver: svetelný lúč sa v gravitačnom poli ohne rovnako, ako strela vystrelená z  pušky. Ak v pohybe materiálnych telies v zrýchľujúcej vzťažnej sústave a v  pohybe telies v gravitačnom poli vidíme viac než obyčajnú analógiu – konkrétne, že tieto dva pohyby považujeme za identické – potom môžeme očakávať, že lúče v gravitačnom poli sa ohýbajú v smere silových účinkov gravitačného poľa.

Správnosť tvrdenia o ohýbaní svetla v gravitačnom poli potvrdili dve anglické skupiny výskumníkov v roku 1919 počas pozorovania úplného zatmenia Slnka z  Princovho ostrova v Guinejskom zálive pri západnom brehu Afriky a z Brazílie v  Južnej Amerike. Pozorovania potvrdili, že svetlo vzdialených hviezd pri prechode v blízkosti veľmi hmotného Slnka sa skutočne ohli. Náčrtok pozorovania je znázornené na obrázku 19.3. Slnko počas roka putuje po oblohe. Kým Slnko sa nachádza na inom mieste oblohy, svetlo zo vzdialených hviezd prichádza na Zem po priamke (na obrázku dopadajúce lúče vyznačené prerušovanou čiarou) – v tomto prípade pozemský pozorovateľ vidí dvojicu hviezd tak, že medzi nimi je uhol α. Pokiaľ však Slnko doputuje na oblohe na miesto, kde ho lúče z hviezd míňajú tesne po oboch stranách, teda lúč z prvej hviezdy po jednej, lúč z druhej hviezdy po druhej strane Slnka, pozorovateľ ich vidí pod uhlom α′, lebo vidí tie lúče, ktoré sa v blízkosti Slnka ohli v dôsledku gravitačných príťažlivých síl. Gravitačné pole Slnka teda funguje tak, akoby bolo spojnou šošovkou, a vzdialenosť medzi hviezdami sa zdá byť väčšou. Takéto pozorovanie sa dá urobiť, samozrejme, len počas úplného zatmenia Slnka, lebo normálne sa svetlo hviezd stratí v jasnom svetle Slnka rozptýleného v atmosfére. Počas pozorovania úplného zatmenia v roku 1919, ako aj pri opakovaných pozorovaniach sa potvrdilo očakávanie, že svetlo sa v gravitačnom poli Slnka ohne, zakriví tak, ako to predpovedá všeobecná teória relativity.

Tento ohyb svetla hviezd pri prechode v blízkosti Slnka je veľmi malé, a jeho presné meranie je náročné. Po Einsteinovej teórii vznikali a dodnes sa objavujú iné teórie, ktoré sa v niektorých podrobnostiach líšia od Einsteinovej teórie, a preto sa líšia v predpovediach. Pozorovania nie vždy sú dostatočne presné, aby dokázali správnosť či nesprávnosť jednej či druhej teórie. Do dnešného dňa však žiadne pozorovanie nevyvrátilo Einsteinovu všeobecnú teóriu relativity, a je jedna z najpresnejších teórií, čo sa predpovedí týka.