29 maja 1919 roku o 12:28 na Ziemię padł cień Księżyca. Przemierzył środkową część Ameryki Południowej, przeciął Atlantyk i dobiegł do środkowej Afryki. O 15:49 zjawisko zakończyło się przy wschodnich wybrzeżach Czarnego Lądu. Fizycy z niecierpliwością oczekiwali wyników badań, które były przy okazji prowadzone.

Zaledwie kilka lat wcześniej Albert Einstein stworzył ogólną teorię względności. Jednym z wniosków z niej płynących było stwierdzenie, że rozchodzący się po linii prostej promień świetlny, przechodząc w pobliżu dużej masy, ulega zakrzywieniu. Ilustruje to poniższy rysunek.

MathPages

Jednym ze zjawisk przewidzianych przez ogólną teorię względności jest ugięcie promienia świetlnego w pobliżu dużej masy. Na rysunku pada on z lewej strony, grawitacja Słońca (Sun) powoduje, że skręca on o kat delta do góry.

Należało teraz znaleźć wielką masę i sprawdzić czy teoria jest poprawna. Mogło nią być Słońce. Jak jednak sprawdzić czy następuje ugięcie? Obserwować światło gwiazdy znajdującej się w podobnym jak Słońce kierunku na niebie. Szkopuł w tym, że gwiazd w dzień nie widać… ale gdyby tak zasłonić Słońce? Najlepiej Księżycem, czyli przeprowadzić obserwacje w czasie całkowitego zaćmienia Słońca?

Jaki powinien być wynik obserwacji? Na skutek ugięcia promienia świetlnego, gwiazdę powinniśmy widzieć nieco przesuniętą w kierunku „od Słońca”. Podobne zjawisko następuje codziennie o świcie i zmierzchu. Światło słoneczne ugina się (skręca) w ziemskiej atmosferze i dlatego widzimy tarczę słoneczną nieco wcześniej rano i nieco później wieczorem niż wynikałoby to z wyliczeń nie uwzględniających ugięcia. Oczywiście nie jest to efekt relatywistyczny, a jedynie wynik przejścia światła przez warstwy powietrza o różnej gęstości.

Relatywistyczne ugięcie promienia świetlnego opisywane jest wzorem:

alfa = (4*G*M)/(c²*r)

gdzie G=6,67*10^-11Nm²/kg² – stała powszechnego ciążenia, M=1,98*10³⁰kg – masa ciała zakrzywiającego światło, w tym przypadku Słońca, c=3*10⁸m/s – prędkość światła, a r=6,96*10⁸m – odległość w jakiej światło mija środek masy uginającego je ciała, w naszym przypadku r jest promieniem Słońca. Po podstawieniu danych, wyliczeniu kąta alfa i zamianie go z radianów na stopnie/minuty/sekundy otrzymamy, że przewidziane ugięcie wynieść powinno 1,75 sekundy łuku.

Obserwacje w 1919 roku prowadzono zarówno w Brazylii jak i w Afryce. Potwierdziły one przypuszczenia Einsteina, zmiana położenia gwiazdy była bardzo subtelna, ale dokładnie taka, jaką przewidział wielki fizyk.

Ciekawy jest jeszcze jeden fakt związany z tymi obserwacjami: Otóż, gdyby naiwnie potraktować foton jak normalny lecący kamień, to jego tor też powinien się uginać w pobliżu Słońca pod wpływem siły grawitacji. Ale okazuje się, że wyliczony wtedy kąt jest 2 razy mniejszy niż przewidywania OTW. Doświadczenie w czasie zaćmienia jednoznacznie pokazało, że wynik OTW jest prawidłowy. Teoria Newtonowska, traktująca nawet fotony jak zwykłe kamienie, nie jest w stanie tego wytłumaczyć. Oto był prawdziwy sukces.

85 lat temu świat uwierzył, że teoria Einsteina, choć pozornie szalona, dobrze opisuje Wszechświat. OTW jest w tej chwili podstawą kosmologii. Bez nie moglibyśmy mówić o rozszerzaniu się Kosmosu, wszechświatach otwartych, płaskich i zamkniętych, soczewkowaniu grawitacyjnym itd.

Teoria ma również zastosowanie na poletku Układu Słonecznego. Prawidłowo opisuje precesję orbity Merkurego – fakt, że linia łącząca peryhelium i aphelium orbity planety powoli zmienia swoje położenie. Tempo tej zmiany jest opisywane przez teorię Einsteina.

Najbardziej przemawiającym dowodem jej poprawności jest działanie Jeśli nie działa GPS, to jesteśmy w Łodzi…„>systemu GPS. Umożliwia on z wielką dokładnością określanie położenia na powierzchni naszej planety. Bez uwzględniania relatywistycznych poprawek do ruchu satelitów systemu GPS nie działałby.

Czy OTW jest prawdziwa? Wciąż szukamy w niej dziury, ale od prawie 100 lat nie możemy jej znaleźć. Nie ma dziś eksperymentu, który by jej zaprzeczyłby. Jest to chyba najdoskonalsza teoria fizyczna jaką stworzył człowiek…