Zaćmienie Słońca 1919 dowodem dla OTW?

Panie Redaktorze do 'Nauki' proszę; Dziękuję.

Ostrzeżenie wstępne dla Czytelników: To będzie długie i zawiłe (a może nawet nudne).

Jak już kilka razy zaznaczałem, teorie Einsteina mnie zasadniczo mało interesują i nie czuję do nich wielkiego pociągu, o innych środkach lokomocji nie wspominając. Z nadania jakiegoś powołania zajmuję się ciałami rzeczywistymi przy prędkościach dalece podświetlnych i elektryką magnetyczną ciał niebieskich. To, co mnie osobiście jednak uwiera w percepcję, to sprzeczności rzeczowe i logiczno-argumentacyjne w wywodach fizyków najwyższych nawet stopni, z generalskimi włącznie. Do głupot, które Einstein za nawiedzonym najwyraźniej Machem powtarzał, nie będę już wracał, bo świeczki szkoda. Tłumaczyłem je kilka razy z oryginałów, wystarczy póki co. Od dłuższego czasu łaził jednak za moją percepcją taki obrazek, który gdzieś mi mignął, a miał on być dowodem na słuszność Ogólnej Teorii Względności. Trochę to trwało zanim moja percepcja się ogarnęła i zajarzyła, czego ten obrazek od niej chce. Z percepcją to często tak bywa.

Ale zacznijmy od początku, czyli od środka, bo na całość to i tak życia by nie starczyło. Poniższe rozważania bazują na publikacjach:

Max-Planck-Gesellschaft, 29. MAI 2019; 'Eine Sonnenfinsternis erhellt die Physik' (Zaćmienie Słońca rozjaśnia fizykę).

https://www.mpg.de/9236014/eddington-sonnenfinsternis-1919 i

Neue Zürcher Zeitung z 24.05.2019; 'Die Sonnenfinsternis, die Albert Einstein berühmt machte' (Zaćmienie Słońca, które uczyniło Einsteina sławnym)

https://www.nzz.ch/wissenschaft/einstein-die-sonnenfinsternis-von-1919-machte-ihn-beruehmt-ld.1484048#register

Nie będę tłumaczył całości, bo nie ma takiej potrzeby. Przetłumaczę wyrywkowo tylko to, co niezbędne dla uśmiechu czytelnika i ciągu myślowego notki, a i to w luźnym stylu odautorskim, czyli od-moim, bo celem notki nie jest językowość dosłownościowa, a wyłącznie argumentacyjna. Tłumaczenia dosłowne są znakowane MPG i NZZ (i inne) ( w czcionce 'italic sangria' (bez aluzji).

MPG; Tekst opublikowany 29 maja 2019, czyli dokładnie sto lat po owym słynnym zaćmieniu Słońca nad Karaibami i u wybrzeża Afryki, które to zaćmienie robi od tamtego czasu za 'dowód' dla OTW.

MPG*** " 25 listopada 1915 Albert Einstein opublikował zaledwie trzystronicowe opracowanie, czym postawił końcową kropkę (punkt) pod budowlę jego wyobrażeń, które siłę ciążenia widziały w nowym świetle. STW dotyczyła wyłącznie systemów (układów) poruszających się ruchem jednostajnym. W OTW Einstein rozszerzył jego rozważania na układy przyspieszone i włączył do nich grawitację. Połączył on przestrzeń i czas w czterowymiarową, zakrzywioną czasoprzestrzeń i doszedł do wniosku, że grawitacja determinuje geometrię tej czasoprzestrzeni. (...) Sam Albert Einstein dość wcześnie rozpoznał, że takie zakrzywione ścieżki odnoszą się nie tylko do planet czy dużych ruchomych ciał niebieskich. Również promienie światła powinny przebiegać po łukach w obrębie pola grawitacyjnego." ***

Wyobrażenie to ilustruje poniższy rysunek z opisem MPG _{(© nach einer Vorlage von Horst Frank)}

Abb.1 (MPG) Światło na krzywych ścieżkach: Duża masa - taka jak Słońce - zakrzywia światło odległej gwiazdy, gdy przechodzi ono obok niej. Obserwator na Ziemi widzi więc gwiazdę w innej pozycji. W rzeczywistości zmiana ta jest niewielka, ale można ją zmierzyć podczas całkowitego zaćmienia Słońca.

O odchylaniu promieni świetlnych w polu grawitacyjnym pisano już wcześniej przed Einsteinem. W roku 1783 John Mitchell, pod koniec XVIII wieku Laplace. W roku 1801 Johann Georg von Soldner, późniejszy dyrektor obserwatorium w Bogenhausen, opublikował pracę, w której obliczył, że promień odległej gwiazdy przechodząc w pobliżu Słońca zostanie odchylony o 0,875 sekundy łuku. Einstein w roku 1911 wyliczył, że byłoby to 0,83 sekundy, czyli dość blisko wyniku von Soldner. Einstein zaproponował przetestowanie teorii w praktyce, to znaczy zmierzenie domniemanego odchylenia podczas całkowitego zaćmienia słońca.

I tu zaczęły się schody. I to nawet nie relatywistyczne, ale realistyczne, przysłowiowe, polityczno-pogodowe.

Najbliższy taki spektakl całkowitego zaćmienia Słońca miał miejsce 17 IV 1912 roku nad Brazylią, ale ekspedycja prawie dosłownie zmieniła się w kurs pływania z powodu pogody. Zaćmienie następne, które miało miejsce 21 sierpnia 1914 r. nad Rosją trzy tygodnie po rozpoczęciu I wojny światowej też nie było usłane różami. Podczas gdy niemiecka ekspedycja, którą prowadził Erwin Freundlich, została schwytana i internowana przez Rosjan, amerykańscy astronomowie pod wodzą Williama Campbella na południe od Kijowa doświadczyli zamiast spektaklu przyrodniczego zachmurzonego nieba (ten ból znam też osobiście).

MPG *** "Tak więc z pomiarów, których wyniki na pewno nie ucieszyłyby Einsteina, nic nie wyszło. Gdy bowiem w następnych latach Einstein rozwinął jego prace nad OTW dalej, znalazł opisany powyżej związek między grawitacją a krzywizną przestrzeni. Miało to dać efekt, który musiał być dodany do czystego ugięcia pod wpływem grawitacji. W skrócie, przesunięcie pozycji gwiazdy na skraju Słońca podwoiło się do 1,75 sekundy łuku. Einstein opublikował tę wartość w swoim artykule "Podstawy ogólnej teorii względności", który ukazał się w 'Annalen der Physik' w maju 1916 roku." *** (kiedyś tłumaczyłem framenty)

*** I w tym miejscu moja mała uwaga odautorska: Jeśli Einstein w jego wiekopomnym wysiłku połączył grawitację i czas w 'czasoprzestrzeń' powyginaną tylko nieco masami, a potem efekt uginania torów światła rozdziela na efekt grawitacji, który dodaje do efektu 'ugięcia czasoprzestrzeni', która to czasoprzestrzeń przecież już tę grawitację w jej łonie nosi, to mnie to rozumowanie nieco schizofrenią trąci. Ale tu mogę się mylić, jako, że te 'względności Alberta' mnie ani ziębią ani grzeją i się w nie nie wgryzałem.***

Ale wracamy do zaćmienia..., znaczy Słońca AD 1919.

Naukowcy czekali więc na następną okazję, aby przetestować prognozę Einsteina. Gdyby była ona poprawna, nowa teoria zdałaby swój pierwszy test z rozmachem. Okazja nadarzyła się 29 maja 1919 r., kiedy to astronomowie zidentyfikowali Wyspę Principe u wybrzeży Gwinei Hiszpańskiej i wioskę Sobral w północnej Brazylii jako idealne miejsca do obserwacji.

Abb2. _{Quelle: Royal Observatory Greenwich}

Na sześć miesięcy przed całkowitym zaćmieniem Słońca astronomowie sfotografowali region nieba, w którym Słońce będzie obserwowane 29 maja 1919 roku. Okazało się, że Słońce znajdzie się wtedy w jasno świecącej gromadzie Hyad i że poszczególne gwiazdy w pobliżu Słońca powinny być wyraźnie widoczne. Niemniej jednak, na naukowców czekało trudne zadanie, gdyż schody w tym miejscu okazały się jeszcze bardziej strome niż na początku w roku 1912.

MPG *** "Obliczone 1,75 sekundy łuku są słuszne tylko w przypadku, gdy gwiazda znajduje się bezpośrednio przy krawędzi Słońca. W odległości dwóch promieni słonecznych, kąt kurczy się do 0,6 sekundy łuku. Nawet przesunięcie o jedną sekundę łuku jest pokazane przez teleskop użyty podczas wyprawy na Wyspę Principe jako odległość zaledwie 0,026 milimetra na szklanej płytce fotograficznej! Dodatkowo, stale obecne zawirowania powietrza zniekształcają obraz gwiazd, a załamanie w atmosferze (astronomical seeing) robi resztę. " ***

I te warunki eksperymentu na Karaibach i przed Afryką musimy sobie uzmysłowić. Odległość przesunięcia obrazu dalekiej gwiazdy na płycie fotograficznej 0,026 mm dla jednej sekundy łuku. Przy odległości kątowej gwiazdy od Słońca dwóch promieni słonecznych mamy przesunięcie 0,6 sekundy, a to jest 0,0156 mm na płycie fotograficznej (znaczy: półtorej setki (bez podtekstów!)). Czy ktoś poważny jest w stanie zaświadczyć, że na tych płytach fotograficznych z lat 1919 jest w stanie pomierzyć położenie gwiazd z dokładnością 0,01 mm?

Na plantacji kokosowej przed Afryką, gdzie rozłożyła się grupa Eddingtona lało od rana, dopiero około południa pojawiły się kilkusekundowe przerwy w chmurach, tak, że Eddigton zrobił 16 zdjęć, ale tylko dwa 'się nadawały'. Grupa Andrew Crommelina w wiosce Sobral w Brazylii miała więcej szczęścia bo udało im się zrobić osiem przydatnych zdjęć.

Poniższe zdjęcie, jak podaje MPG, jest płytą fotograficzną z ekspedycji na Karaiby w r. 1919. Logicznym byłoby chyba przyjąć, że jest to ta najlepsza płyta, ze wszystkich dziesięciu. Oryginał sieciowy B-W + W-B na stronie tagesspiegel.de . Czerwone znaki orientacyjne na tym zdjęciu są moje. Te kreskowane znaczki to tak, tyle o ile, długość promienia Słońca. (powiększenie w: 'nowej karcie')

Abb3. (MPG)

Wiele razy patrzyłem na tę fotografię i coś mi od początku nie pasowało przestrzennie, dynamicznie i logicznie. Jeśli to przesunięcie obrazu gwiazd miałoby się objawiać na zasadzie, którą pokazuje Abb.1, to zmiany położenia gwiazd powinny być promieniowe w relacji do Słońca, a nie takie styczne, jak to pokazują te jasne kreski na zdjęciu pokazanym przez MPG. Ponadto te dwie kreski obok siebie oznaczają, że migawka obiektywu aparatu była otwierana dwa razy na kila sekund (minut?), co widać też na przesunięciu dolnej krawędzi Księżyca na tle Słońca. Stąd prosty wniosek, że nie bardzo wiadomo, co ta fotografia pokazuje, a raczej wiadomo dokładnie, ale to nie może mieć nic wspólnego z OTW. Już zacząłem pisać zapytanie do MPG, co autor miał na myśli z tą fotografią, bo coś się tutaj mocno obsunęło. Obrazek ten pokazuje mianowicie ni mniej ni więcej jak tylko fragment z tysięcy fotografii, które amatorzy po tysiąckroć robią dla własnej przyjemności i z czystej i chwalebnej ciekawości Natury. Fotografie te można znaleźć pod hasłem "Star trails". Zasada jest prosta jak budowa cepa. Bezchmurną nocą ustawia się aparat foto (z teleskopem jak się ma), otwiera się na stałe migawkę aparatu foto, a zaraz potem otwiera się piwo, bo to fotografowanie trochę trwa, a po kilku godzinach zamyka się migawkę aparatu i wraca do bazy. Na kliszy (płycie) aparatu powstają te ładne kręgi gwiazd. I dokładnie taki kawałek 'Star trails' widzimy na tej fotce, bo z względnościami żadnymi te kreski nie mają nic wspólnego. Ciekawe co MPG odpowie. No chyba, że analiza tych fotografii obejmowała położenie początku kreski pierwszej w stosunku do drugiej, czy też końca pierwszej do drugiej. Jasna ta metoda nie jest z tego zdjęcia.

Ponieważ ten obrazek Abb3. pokazuje ewidentnie coś niejasnego, zacząłem szukać w publikacjach jak oni to przesunięcie tych gwiazd w Hyadach pomierzyli (próbowali pomierzyć). I po niewielkim sieciowym skrobaniu wylazło coś ostrego z worka publikacji i tych wszystkich achów i ochów o tej wspaniałości względności.

Otóż w publikacji Discovermagazine 'How the 1919 Solar Eclipse Made Einstein the World's Most Famous Scientist' czytamy:

Dicovermag: "Plan polegał na porównaniu zdjęć gwiazd zrobionych podczas zaćmienia z wizerunkami tych samych gwiazd zrobionymi miesiące później, gdy pojawiały się one w swoich normalnych miejscach w nocy. Zgodnie z obliczeniami Einsteina, które od tego czasu zostały poprawione, gwiazdy na skraju zaćmienia Słońca zostałyby przesunięte z ich zwykłych pozycji o zaledwie 1,75 sekundy łuku - mniej więcej tyle, ile wynosi średnica grosza widzianego z odległości kilku kilometrów."

Autor tekstu z 'Discovermag' Devin Powell chyba nie doczytał, albo nie zrozumiał do końca opisu szczegółów tego eksperymentu, bo porównywanie zdjęć gromady Hyad wykonanych miesiące przed zaćmieniem Słońca (lub po) ze zdjęciami samego zaćmienia ma niewiele sensu, bo różnice w położeniu gwiazd na płytach foto rzędu 0,01 mm byłyby nie do stwierdzenia przy rzetelnej analizie zdjęć wykonanych w dużym odstępie czasu i przy różnych warunkach. Ale ten tekst pokazał samą myśl tego eksperymentu i metody pomiaru pozycji gwiazd w Hyadach i różnic tych pozycji.

W artykule NZZ z 24.05.2019 znalazłem wreszcie ten rysunek (Abb.4) który całą zasadę tego 'dowodu' dla OTW objaśniał. Ale w artykule Max-Planc-Gesellschaft nikt tego nigdzie nie napisał jak i kiedy te zdjęcia porównawcze były robione. Muszę ich z tego też przepytać.

Abb4. Quelle: Physics Today

Białe gwiazdki to położenie rzeczywiste, a niebieskie to położenie pozorne, przesunięte 'efektem OTW'. Proporcje przesunięć gwiazd na tym rysunku są mocno przerysowane dla jasności rysunku i zasady. Tutaj widzimy różnicę w rozumieniu samej zasady eksperymentu w porównaniu do Abb3. z MPG. Dopiero dokładniejszy przegląd materiałów z harvard.edu (1979 December; Gravitational Deflection of Light) pokazuje metodę powstania fotografii i ich analizy.

Abb. 5

W tej tabeli widzimy, że fotografie Hyad na płytach porównawczych robione były tuż(?) przed, lub po zaćmieniu Słońca z niezmiennymi (chyba) ustawieniami optyki teleskopów. O tym jednak nie znalazłem nigdzie ani słowa, a jest to problem istotny przy takich analizach obrazów, gdzie chodzi o setne części milimetra.

Każdy kto się chociaż amatorsko otarł o technikę fotografii powinien w obliczu tego eksperymentu przynajmniej zmarszczyć czoło w zadumie. A poszukiwane różnice w położeniu obiektów na płytach miały być rzędu setnych milimetra (w 1919 roku !). W efekcie wielomiesięcznych analiz płyt z Sobral przez Royal Observatory Greenwich w 1919 roku pokazano (m.in.) to powiększone mocno zdjęcie jednej z gwiazd gromady Hyad.

Abb. 6. NZZ. To powiększone zdjęcie pokazuje gwiazdę na jednej z płyt fotograficznych z Sobral. Czerwona strzałka pokazuje, jak mała jest spodziewana różnica wynikająca z ugięcia światła.

Obraz a) jest oryginalny, w b) odwróciłem kolory, bo czarna gwiazda na białym niebie dziwnie wygląda, ale rozmiar i proporcje są zachowane. Na tym powiększeniu widzimy, że to domniemane przesunięcie pozycji gwiazdy wydaje się być porównywalne z ziarnistością światłoczułego nośnika na płycie. Stąd uzasadnione wydają się wątpliwości, które swego czasu wyrażał Stephen Hawking:

NZZ: "Można by to tak zostawić - gdyby nie zarzut, że brytyjscy badacze trochę oszukiwali w analizie swoich danych. Wybitnym orędownikiem tego poglądu był niedawno zmarły fizyk Stephen Hawking. W swoim bestsellerze "Krótka historia czasu" z 1988 roku napisał, że błędy w określaniu pozycji gwiazd były tak duże, jak efekt, który próbowano zmierzyć. Wynik był czystym przypadkiem. Naukowcy rozpoznali to, co chcieli rozpoznać. (...)

Hawking również nawiązuje do tej publikacji z 1979 roku w swoim bestsellerze. Jednak to, w jaki sposób doszedł do wniosku, że błędy pomiarowe były tak duże, jak sam wynik, pozostanie jego tajemnicą. "

Niekoniecznie pozostanie jego tajemnicą...,

ponieważ zarówno Royal Observatory Greenwich jak i Stephen Hawking nie dostrzegli pewnego istotnego aspektu fizycznego tego pomiaru pozycji gwiazd w roku 1919. Nie wiem, czy w roku 1919 Einstein, Eddington i Frank Dayson już znali rozkład temperatury w koronie słonecznej, ale w roku 1979 już po zakończeniu misji Skylab (na szczęście kangury nie ucierpiały) dane te powinny być znane, gdyż Skylab zanim spadł w Australii, prowadził wiele obserwacji Słońca. Stąd mogły być znane te pomiary w Royal Observatory Greenwich, kiedy to w r. 1979 były tam analizowane powtórnie płyty fotograficzne z Sobral. Ale gdyby nawet wtedy nie był ten rozkład temperatury w koronie słonecznej znany, to pora ten problem wziąć pod lupę. Lepiej późno niż wcale. Bo jeśli rozpatrujemy zjawiska związane z przebiegiem promieni światła, to wskazanym byłoby wszystkie fizyczne aspekty optyki jako działu fizyki uwzględnić a nie tylko te tzw. relatywistyczne.

Słowem kluczowym do uzupełniającego spojrzenia na zaćmienie Słońca w roku 1919 jest 'Fatamorgana' albo 'Miraż'.

Wiki.pl pisze: Miraż, fatamorgana – zjawisko powstania pozornego obrazu odległego przedmiotu w wyniku różnych współczynników załamania światła w warstwach powietrza o różnej temperaturze, a co za tym idzie, gęstości.

Wiki.de pisze: Fatamorgana lub miraż to efekt optyczny oparty na zasadzie Fermata, spowodowany odchyleniem światła przez warstwy powietrza o różnej temperaturze. Jest to zjawisko fizyczne, a nie iluzja percepcji wzrokowej czy złudzenie optyczne.

Wiki.en pisze: Zjawisko optyczne występuje, ponieważ promienie światła są uginane, gdy przechodzą przez warstwy powietrza o różnych temperaturach w stromej inwersji termicznej, gdzie utworzył się kanał atmosferyczny.

Nie będę tutaj już wklejał fotografii fatamorgany z sieci, bo można je bez trudu znaleźć w wiki.pl, wiki.de, a najwięcej chyba na wiki.en. Jest tam mowa o mirażu dolnym, górnym i innych ciekawych aspektach tego problemu. Problemem fizycznym, nad którym należy się pochylić w kontekście zaćmienia Słońca AD 1919 jest współczynnik załamania światła w warstwach gazu korony o różnych temperaturach i gęstości w koronie słonecznej. Bo tym aspektem od tamtych burzliwych czasów Einsteina i Eddingtona nikt się nie zainteresował. A chyba należałoby się zainteresować. Spójrzmy zatem na rozkład parametrów temperatury, ciśnienia i gęstości w atmosferze Słońca. Rysunek pochodzi z mojego artykułu 'The Coronal Heating Process ' , a oryginalnie z publikacji: H. Schäffler, H. Elsässer, 'Physik der Sterne und der Sonne '. (powiększenie obrazka: 'otwórz w nowej karcie')

Abb. 7. Temperatura, gęstość i ciśnienie w atmosferze Słońca

Na wykresie tym widzimy, że warstwa pośrednia między wysokością 2 i 3, gdzie następuje ten zagadkowy dla wielu fizyków, gwałtowny wzrost temperatury atmosfery (korony) Słońca, jest klasyczną, stromą inwersją, o której mowa w aspekcie powstawania obrazu tzw. fatamorgany. Jeśli teraz te dwie wartości promienia z atmosfery Słońca 2 i 3 naniesiemy na grafikę Abb.1 (MPG), to okazuje się, że te promienie gwiazd z Hyad przechodzą dokładnie przez strefę stromej inwersji atmosfery Słońca.

Abb. 8. Fatamorgana gwiazdy w Hyadach (1919)

Przejście promieni gwiazdy przez stromą inwersję atmosfery Słońca powoduje, że część (a może całość?) odchylenia pozycji gwiazdy od położenia rzeczywistego spowodowana jest zjawiskiem fatamorgany, albo inaczej mówiąc 'Zasadą Fermata', o której najwyraźniej w 'twórczym zapędzie dowodzenia OTW' zapomniano. Nie byłby to też pierwszy przypadek w historii fizyki, kiedy to podstawy fizyki zawieruszyły się gdzieś w pogoni za 'Wielkim Celem' nauki.

Stąd pojawia się, oparte na realnych przesłankach podejrzenie, że obraz dzisiejszych poszukiwaczy dowodów dla OTW najlepiej, z niejakim przekąsem jednakowoż, oddaje poniższy rysunek do tematu 'Fatamorgana' (powiększenie)