Cu aproape 200 de ani înainte ca oamenii de știință să accepte existența găurilor negre, un duhovnic britanic numit John Michell a publicat câteva idei surprinzător de prevestitoare despre aceste obiecte cosmice ciudate. De ce nu este mai cunoscută opera lui?
Existența găurilor negre este un gând uluitor, mai ales în lumina ideii că miliarde dintre ele ar putea popula cosmosul. Timp de decenii în secolul al XX-lea, fizicieni eminenți au refuzat să creadă că ar putea fi reali , ignorând ceea ce a prezis matematica. Acești îndoielnici l-au inclus chiar și pe Albert Einstein – a cărui teorie a relativității generale a făcut posibile găurile negre (vezi „ De ce Einstein și semenii săi au fost „rezistenți în mod irațional” la găurile negre ”), relatează BBC.
Cu toate acestea, a existat o persoană care a dat dovadă de o perspectivă remarcabilă în ceea ce privește găurile negre – și a făcut-o cu mult înainte ca Einstein să se nască. Folosind doar legile newtoniene, un duhovnic britanic puțin cunoscut numit John Michell a anticipat aceste obiecte ciudate din punct de vedere astronomic în câteva moduri importante și surprinzătoare, încă din secolul al XVIII-lea. Cine a fost Michell, ce a prezis el și de ce ideile lui au fost în mare parte uitate?
Rectorul John Michell, care a urmat „creștinismul newtonian”, a fost surprinzător de prevăzător cu privire la găurile negre (Ilustrație: Ben Platts-Mills, după William Blake)
Michell s-a născut în 1724 în satul Eakring, Anglia, fiul lui Gilbert Michell, rectorul parohiei, și al soției sale Obedience Gerrard. Educat acasă alături de fratele și sora lui mai mici, John a avut o reputație timpurie de învățare rapidă și perspicacitate. Potrivit istoricului Russell McCormmach, tatălui său Gilbert îi plăcea să citeze un prieten de familie care l-a descris pe John drept „cel mai clar cap pe care l-a întâlnit vreodată”. Gilbert a apreciat independența de gândire, descriindu-se ca „neatașat de niciun corp sau denumire de oameni din lume”. Familia a urmat creștinismul latitudinar – o tradiție care venera rațiunea peste doctrina excesivă și care își avea originea la Universitatea din Cambridge sub conducerea lui Isaac Newton. Așa că, când a venit timpul ca John să intre la universitate, a fost Cambridge la care a mers.
Cu o abundență de cafenele și o comunitate intimă de doar 400 de studenți, universitatea a fost un cadru ideal pentru discursul intelectual. Michell a rămas acolo mai mult de 20 de ani în diferite posturi, studiind și predând în diverse discipline, inclusiv ebraică, greacă, aritmetică, teologie și geologie. A fost un experimentator hotărât și, așa cum spune un alt biograf Archibald Geikie , „îi place să-și construiască propriul aparat... Camerele lui de la [colegiul] din Queens, cu toate uneltele și mașinile sale, purtau uneori aspectul unui atelier”. Tot în anii săi de la Cambridge a început să-și arate capacitatea de previziune științifică.
În 1750, a publicat o lucrare despre magnetism, introducând cel puțin o lege complet nouă – „legea pătratului invers” – care a promovat aplicarea magneților în navigație. În 1760, el a publicat o lucrare despre mecanica cutremurelor , descriind straturile stratificate ale Pământului despre care se știe acum că cuprind „crusta” sa și demonstrând cum se mișcă cutremure prin aceste straturi sub formă de valuri. El a arătat, de asemenea, o modalitate de a estima epicentrul și focalizarea catastrofalului cutremur de la Lisabona din 1755 și a explorat ideea că cutremurele submarine ar putea provoca tsunami.
Michell a publicat, de asemenea, o lucrare despre mecanica cutremurelor, care a arătat o modalitate de a estima epicentrele și a explorat ideea că cutremure ar putea produce tsunami.
După ce a părăsit Cambridge în 1764, s-a căsătorit cu Sarah Williamson și s-a mutat la Thornhill în Yorkshire pentru a călca pe urmele tatălui său ca rector de parohie. Sarah a murit în anul următor, iar Michell s-a căsătorit din nou cu Ann Brecknock în 1773. Alături de munca sa în biserică, a menținut corespondență cu diverși alți filosofi ai naturii și intelectuali ai perioadei, inclusiv polimatul american Benjamin Franklin.
Dintr-o perspectivă a secolului XXI, ideea ca un angajat al bisericii creștine să fie în centrul vieții științifice ar putea părea surprinzătoare. Dar, la fel ca majoritatea intelectualilor din secolul al XVIII-lea, Michell nu ar fi făcut distincția între religie și știință. Introducerea telescoapelor la începutul anilor 1600 a provocat o mare răsturnare filozofică în toată Europa. Ierarhia fixă și observabilă a creației lui Dumnezeu – Pământul și cerurile – fusese răsturnată de ceea ce istoricul științei Alexandre Koyré numește un „Univers nedefinit și chiar infinit” care trebuia înțeles prin observarea „componentelor și legilor sale fundamentale”. Dar pentru gânditori precum Michell, această revoluție nu l-a înlocuit pe Dumnezeu, ci i-a reînnoit pur și simplu misterul: legile naturale supuse cercetării erau încă legile lui Dumnezeu.
După cum scrisese Newton în 1704 , „Datoria noastră față de [Dumnezeu], precum și cea față de celălalt, ne vor apărea prin lumina Naturii”. Acesta a fost creștinismul newtonian pe care Michell l-a urmat. După cum spune McCormmach, „adevărurile religiei sale erau în acord cu adevărurile naturii”. Așadar, pe lângă îndatoririle sale parohiale, Michell și-a concentrat treptat atenția asupra cosmologiei și în special asupra naturii gravitației. Acesta era domeniul în care avea să producă o muncă atât revoluționară, cât și profetică, chiar și mult după propria sa moarte.
La fel ca Michell, Isaac Newton – înfățișat aici în sacristia unei biserici din Londra – nu a văzut nicio diviziune între credință și știință (Credit: Getty Images)
Michell și-a construit propriul telescop reflectorizant de 3 m (10 ft) și, în 1767, a fost primul care a aplicat noile metode matematice de statistică la studiul stelelor vizibile, demonstrând că grupurile precum Pleiadiile nu pot fi explicate prin distribuție aleatorie și trebuie să fie o consecință a atracției gravitaționale.
În 1783, prietenul lui Michell, Henry Cavendish, i -a scris menționând unele dificultăți pe care le întâmpina Michell în construirea unui nou telescop și mai mare. „Dacă sănătatea ta nu îți permite să continui cu asta”, a scris el, „sper că ar putea măcar să permită angajarea mai ușoară și mai puțin laborioasă a cântăririi lumii”. Sună a glumă și poate că a fost menit să fie amuzant, dar Cavendish se referea la un efort real.
Michell lucrase la o balanță de torsiune , un dispozitiv care i-ar permite să estimeze densitatea planetei Pământ prin măsurarea atracției gravitaționale dintre greutățile plumbului. Michell a murit înainte de a putea folosi aparatul, dar după moartea sa a trecut lui Cavendish, care a condus experimentul în 1797. El a calculat densitatea Pământului la 1% din valoarea acceptată acum. Precizia rezultatului lui Cavendish nu a fost depășită până în 1895, iar o variație a aparatului lui Michell este folosită și astăzi în măsurarea constantei gravitaționale - puterea atracției gravitaționale care operează în tot Universul.
Profeția găurii negre
În același an cu scrisoarea lui Cavendish, Michell a publicat o lucrare care conținea o ipoteză care, deși avea să se dovedească mai puțin durabilă din punct de vedere științific, a fost poate cea mai strălucită din punct de vedere perceptiv. Folosind principiile newtoniene, a început prin a explica modul în care densitatea stelelor ar putea fi stabilită prin observarea modului în care gravitația lor a afectat alte corpuri din apropiere, de exemplu orbitele altor stele sau comete. Michell a continuat să discute despre modul în care comportamentul luminii ar putea fi folosit în scopuri similare:
„Să presupunem acum că particulele de lumină sunt atrase în același mod ca toate celelalte corpuri cu care suntem familiarizați... despre care nu poate exista nicio îndoială rezonabilă, gravitația fiind, din câte știm, sau având vreun motiv. a crede, o lege universală a naturii”.
Lumina ar scăpa dintr-o astfel de stea, dar, după cum a explicat Michell, „ar fi făcută să se întoarcă spre ea, prin propria sa gravitație”
Teoria particulată sau „corpusculară” a luminii a fost propusă de Isaac Newton cu aproximativ 80 de ani mai devreme și, deși nimeni nu a putut să o demonstreze, ea a rămas credința dominantă în zilele lui Michell. Michell a explicat modul în care comportamentul luminii sub gravitație ar putea oferi o modalitate de a calcula densitatea stelelor, cel puțin ipotetic, mai ales dacă o stea era „suficient de mare în mod sensibil pentru a afecta viteza luminii care iese din ea”. Deși înțelegerea actuală este că a greșit cu privire la impactul gravitației asupra vitezei luminii (nu este încetinită), raționamentul său a fost sănătos.
Prin aceleași principii, Michell a dedus – corect de data aceasta – că era, de asemenea, posibil ca gravitația celor mai masive corpuri astrale să-și depășească în întregime propriile raze de lumină. Pentru ca o stea să realizeze acest lucru, ar trebui să aibă aceeași densitate ca Soarele și de aproximativ 500 de ori dimensiunea sa. Lumina ar scăpa inițial dintr-o astfel de stea, probabil că și-ar fi făcut drum spre planetele care orbitează din apropiere, dar, a explicat Michell, „ar fi făcută să se întoarcă spre ea, prin propria gravitație adecvată”.
Deoarece lumina unei astfel de stele nu a putut ajunge la noi, „nu am putea avea nicio informație din vedere”, dar s-ar putea totuși să o putem detecta din neregulile de pe orbitele altor corpuri astrale din apropiere cauzate de gravitația stelei invizibile, „ceea ce nu ar fi ușor explicabil pe nicio altă ipoteză”.
Aceste speculații, a explicat Michell, au fost „oarecum pe lângă scopul meu actual”, dar ele conțin poate cea mai apropiată aproximare a ideii de găuri negre posibilă în fizica newtoniană, ca să nu mai vorbim de schița unei metode de lucru pentru identificarea lor. Mai multe găuri negre au fost detectate pe orbitele stelelor învecinate, exact așa cum a sugerat Michell. Doar în ultimii ani imaginile telescopice au confirmat dovezile indirecte.
Potrivit lui McCormmach, existența stelelor invizibile a fost o idee relativ comună printre oamenii de știință ai vremii. În același an, Michell și-a publicat lucrarea, câțiva alți astronomi corespondau despre stelele care dispăruseră. În 1805, astronomul Edward Pigott a publicat o lucrare care sugerează probabilitatea unor stele „care nu au arătat niciodată o privire de strălucire”. În timp ce numărul lor adevărat nu ar putea fi niciodată cunoscut, „ar fi atunci prea îndrăzneț sau vizionar să presupunem că numărul lor este egal cu cei înzestrați cu lumină?” întrebă el. În Franța, expertul Pierre-Simon Laplace a promovat ideea stelelor întunecate, independent de Michell, la sfârșitul anilor 1790.
La scurt timp după aceasta, totuși, noi experimente au dat putere ideii că lumina este compusă mai degrabă din valuri decât din particule masive, iar sugestia că ar putea fi deformată sau prinsă de gravitație a început să se demodeze. Lucrările astronomice ale lui Michell au căzut în obscuritate și au fost redescoperite abia în a doua jumătate a secolului XX.
În cartea sa din 1994, Black Holes and Time Warps , fizicianul Kip Thorne descrie „contrastul marcat” dintre entuziasmul cu care Michell și contemporanii săi au îmbrățișat ideea stelelor invizibile gravitațional și „rezistența larg răspândită și aproape universală la găurile negre din secolul XX. ". Diferența esențială, conchide el, este că stelele întunecate ale lui Michell, deși exotice, „nu reprezentau nicio amenințare pentru nicio credință prețuită despre natură” și nicio provocare la adresa „permanenței și stabilității materiei”. După cum subliniază McCormmach, găurile negre moderne, prin contrast, sunt tocmai asta: „o înțepătură în spațiu-timp, o fântână infinită din care nimic nu poate scăpa”. În ciuda acestui fapt, McCormach speculează că Michell, „care a recunoscut „varietatea infinită pe care o găsim în lucrările creației”, nu ar avea nicio problemă cu găurile noastre negre”. Nu există nicio modalitate de a testa această afirmație, dar, având în vedere imaginația științifică extraordinară a lui Michell, precum și angajamentul său față de tradiția newtoniană a rațiunii, pare una atractivă.
În această ilustrație atribuită secolului al XIX-lea, un om privește dincolo de Pământ pentru a vedea adevărata funcționare a Universului mai larg (Credit: Getty Images)
Michell a murit la 21 aprilie 1793, la vârsta de 68 de ani, după ce a rămas rector la Thornhill până la sfârșit. Alți intelectuali ai perioadei sale au fost – și sunt – mult mai cunoscuți. Au publicat mai des și pe subiecte care erau mai populare. Michell, în schimb, îi urmă nasul. În cuvintele lui McCormmach, el „a abordat problemele științifice așa cum îl interesau, în orice domeniu, și le-a urmărit atât cât a dorit și nu mai departe; și-a publicat lucrarea dacă și când a vrut, și numai când a fost pe deplin. mulțumit de el”. Acest lucru explică într-un fel obscuritatea lui după moarte - a sacrificat impactul și renumele în numele libertății intelectuale.
După cum observase astronomul alexandrin Ibn al-Haytham cu 700 de ani înainte de Newton, „căutătorul adevărului” nu este cel care își pune încrederea în autorități, „ci mai degrabă cel care își suspectează credința în ele... cel care se supune argumentare și demonstrație”. Urmând această tradiție, Michell, ca și tatăl său, a fost un autodidact, protejându-și integritatea științifică rămânând neatașat de orice „corp sau denominație de oameni”.
Independenta lui Michell i-a permis o alta libertate esentiala gandirii originale: cea a imaginatiei. Potrivit lui McCormmach, el a ales astronomia în mod special pentru că a oferit noi perspective pentru teorie. În pasiunea sa pentru imaginația științifică, Michell a anticipat creativitatea fizicienilor teoreticieni de astăzi. După cum a spus Einstein în 1929 , „imaginația înconjoară lumea”.