สุริยุปราคา ค.ศ. 1919: การพิสูจน์ว่าแสงโค้งตามแรงโน้มถ่วง

ในปี ค.ศ. 1915 อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ เสนอทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ซึ่งอธิบายแรงโน้มถ่วงว่าไม่ใช่แรงดึงดูดแบบที่นิวตันคิด แต่เป็นการที่มวลทำให้กาลอวกาศโค้ง วัตถุและแม้แต่แสงจะเคลื่อนที่ไปตามความโค้งนั้น ทฤษฎีนี้ทำนายสิ่งที่ทดสอบได้ข้อหนึ่ง คือแสงดาวที่เฉียดผ่านดวงอาทิตย์จะเบนไปเป็นมุมเล็ก ๆ

สองทฤษฎี สองคำตอบ

แนวคิดว่าแรงโน้มถ่วงดึงแสงได้มีมาก่อนแล้ว ถ้าคิดแบบนิวตันโดยถือว่าแสงเป็นอนุภาค แสงที่เฉียดขอบดวงอาทิตย์จะเบนไปราว 0.87 พิลิปดา แต่ทฤษฎีของไอน์สไตน์ซึ่งคิดความโค้งของทั้งเวลาและอวกาศ ทำนายว่าจะเบนเป็นสองเท่า คือราว 1.75 พิลิปดา มุมนี้เล็กมาก เท่ากับขนาดของเหรียญที่อยู่ห่างออกไปราวสามกิโลเมตร การวัดให้ได้จึงเป็นเรื่องท้าทาย และจะทำได้เฉพาะตอนสุริยุปราคาเต็มดวง ที่ท้องฟ้ามืดพอจะเห็นดาวใกล้ขอบดวงอาทิตย์

การเดินทางสองทวีป

สุริยุปราคาเต็มดวงในวันที่ 29 พฤษภาคม ค.ศ. 1919 เหมาะมากสำหรับการทดสอบ เพราะดวงอาทิตย์อยู่หน้ากระจุกดาวไฮยาดีส ซึ่งมีดาวสว่างหลายดวงอยู่ใกล้ ๆ ราชสมาคมดาราศาสตร์อังกฤษส่งคณะสำรวจไปสองแห่ง คณะของ อาร์เทอร์ เอดดิงตัน ไปเกาะปรินซีปี นอกชายฝั่งแอฟริกาตะวันตก อีกคณะไปเมืองโซบราล ประเทศบราซิล สงครามโลกครั้งที่หนึ่งเพิ่งจบไปไม่ถึงปี การที่นักวิทยาศาสตร์อังกฤษเดินทางไปทดสอบทฤษฎีของนักวิทยาศาสตร์เยอรมันจึงมีความหมายมากกว่าวิทยาศาสตร์

ที่ปรินซีปีมีเมฆมาก คณะของเอดดิงตันถ่ายภาพได้หลายแผ่นแต่มีเพียงไม่กี่แผ่นที่เห็นดาวชัด ส่วนที่โซบราลอากาศดีกว่า หลังสุริยุปราคาหลายเดือน ทั้งสองคณะถ่ายภาพดาวกลุ่มเดียวกันในเวลากลางคืนเมื่อไม่มีดวงอาทิตย์อยู่ใกล้ แล้วเปรียบเทียบตำแหน่งกับภาพตอนสุริยุปราคา ดาวที่อยู่ใกล้ขอบดวงอาทิตย์ปรากฏเลื่อนออกห่างจากดวงอาทิตย์เล็กน้อย

ข่าวที่ดังไปทั่วโลก

วันที่ 6 พฤศจิกายน ค.ศ. 1919 ผลถูกประกาศในการประชุมร่วมของราชสมาคมแห่งลอนดอนและราชสมาคมดาราศาสตร์ ค่าที่วัดได้สอดคล้องกับการทำนายของไอน์สไตน์ ไม่ใช่ของนิวตัน หนังสือพิมพ์ทั่วโลกพาดหัวข่าวว่าแสงบนฟ้าโค้งไปหมด และทฤษฎีของนิวตันถูกโค่นแล้ว ไอน์สไตน์ซึ่งเป็นที่รู้จักเฉพาะในวงการฟิสิกส์ กลายเป็นนักวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียงที่สุดในโลกในชั่วข้ามคืน

ข้อถกเถียงและการยืนยัน

นักประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์ยังถกเถียงกันว่าข้อมูลปี ค.ศ. 1919 แม่นยำพอจะสรุปได้ชัดเจนเพียงใด เพราะภาพมีจำนวนน้อยและคลาดเคลื่อนค่อนข้างมาก และมีการเลือกตัดข้อมูลบางชุดที่เชื่อว่ามีปัญหาด้านเครื่องมือ แต่การวัดซ้ำในสุริยุปราคาครั้งต่อ ๆ มา และโดยเฉพาะการวัดด้วยกล้องโทรทรรศน์วิทยุตั้งแต่คริสต์ทศวรรษ 1970 ซึ่งวัดแสงจากเควซาร์ที่ผ่านใกล้ดวงอาทิตย์ได้โดยไม่ต้องรอสุริยุปราคา ยืนยันการทำนายของไอน์สไตน์ด้วยความแม่นยำสูงกว่าหนึ่งในหมื่น

จากมุมเล็ก ๆ สู่เครื่องมือของดาราศาสตร์

ปรากฏการณ์เดียวกันนี้ในระดับใหญ่กลายเป็นเลนส์ความโน้มถ่วง มวลมหาศาลของกระจุกดาราจักรเบนแสงจากดาราจักรที่อยู่ไกลกว่า ทำให้เห็นเป็นภาพโค้งหรือวงแหวน และขยายความสว่างให้กล้องอย่างเจมส์ เว็บบ์ มองเห็นดาราจักรยุคแรกเริ่มได้ นักดาราศาสตร์ยังใช้มันชั่งมวลของสสารมืด และค้นหาดาวเคราะห์นอกระบบด้วยวิธีเลนส์ความโน้มถ่วงขนาดเล็ก ทั้งหมดเริ่มต้นจากการวัดมุมไม่ถึงสองพิลิปดาในวันที่ท้องฟ้ามืดลงกลางวัน