بیش از یک قرن پیش، تاریکی چند دقیقه‌ای آسمان در میانه روز، سرنوشت فیزیک مدرن را تغییر داد. خورشیدگرفتگی کامل ۲۹ مه ۱۹۱۹ نه‌تنها پدیده‌ای نجومی تماشایی بود، بلکه به صحنه مهم‌ترین آزمون تجربی نظریه نسبیت عام آلبرت اینشتین تبدیل شد؛ آزمایشی که توسط اخترفیزیک‌دان برجسته بریتانیایی، سِر آرتور استنلی ادینگتون، طراحی و اجرا شد.

نظریه‌ای که گرانش را از نو تعریف کرد

آلبرت اینشتین در سال ۱۹۱۵ نظریه نسبیت عام را منتشر کرد. او در این نظریه، برخلاف دیدگاه کلاسیک اسحاق نیوتن که گرانش را نیرویی میان جرم‌ها می‌دانست، گرانش را نتیجه انحنای فضا-زمان در اطراف اجرام سنگین توصیف کرد. بر اساس این دیدگاه، حتی نور نیز که جرمی ندارد، هنگام عبور از نزدیکی یک جرم عظیم مانند خورشید، در فضا-زمان خمیده منحرف می‌شود.

اینشتین پیش‌بینی کرده بود میزان این انحراف حدود ۱.۷۵ ثانیه قوسی برای ستارگانی که نورشان از لبه خورشید می‌گذرد، خواهد بود؛ عددی تقریبا دو برابر پیش‌بینی نظریه نیوتن که آن را حدود ۰.۸۷ ثانیه قوسی تخمین می‌زد. اما اثبات این ادعا نیازمند رصدی دقیق در شرایطی خاص بود؛ زمانی که بتوان ستارگان نزدیک به خورشید را در روز روشن دید.

ماموریت ادینگتون؛ از کمبریج تا سواحل آفریقا

خورشیدگرفتگی کامل بهترین فرصت را فراهم می‌کرد. در لحظه گرفت کامل، قرص خورشید به طور کامل پوشانده می‌شود و تاج خورشیدی نمایان شده و ستارگان پس‌زمینه برای چند دقیقه قابل عکاسی می‌شوند. ادینگتون که خود از حامیان نظریه اینشتین بود و به دلیل گرایش‌های صلح‌طلبانه‌اش در سال‌های پس از جنگ جهانی اول به دنبال همکاری علمی فراتر از مرزهای ملی بود، رهبری دو هیئت اعزامی را بر عهده گرفت.

یک گروه به رهبری خود او به جزیره پرنسیپ در سواحل غربی آفریقا اعزام شد و گروه دیگر به شهر سوبرال در شمال برزیل رفت. هدف هر دو گروه یکسان بود: عکاسی از خوشه ستاره‌ای «هایدز» (Hyades) در صورت فلکی ثور که در زمان گرفت در نزدیکی خورشید قرار می‌گرفت و مقایسه دقیق موقعیت ظاهری این ستارگان با تصاویر مرجع گرفته‌شده از همان ناحیه در شب، زمانی که خورشید در آن قسمت آسمان حضور نداشت.

کار آسان نبود. تجهیزات عکاسی آن زمان بسیار حساس و جابه‌جایی آن‌ها دشوار بود، شرایط جوی غیرقابل پیش‌بینی بود و دقت مورد نیاز در حد صدم میلی‌متر روی صفحات عکاسی شیشه‌ای قرار داشت.

انحراف نور؛ لحظه قضاوت میان نیوتن و اینشتین

در روز گرفت، گروه پرنسیپ با ابرهای پراکنده دست و پنجه نرم کرد و تنها تعداد محدودی عکس قابل استفاده به دست آورد، اما گروه سوبرال آسمان صاف‌تری داشت. پس از ماه‌ها اندازه‌گیری دقیق موقعیت ستارگان روی نگاتیوها در رصدخانه گرینویچ لندن، نتایج اعلام شد.

اندازه‌گیری‌ها نشان داد ستارگان نزدیک به لبه خورشید به طور متوسط حدود ۱.۶ تا ۱.۹ ثانیه قوسی نسبت به جایگاه واقعی خود جابه‌جا دیده شده‌اند؛ مقداری که به طرز چشمگیری با پیش‌بینی ۱.۷۵ ثانیه قوسی اینشتین همخوانی داشت و به وضوح از مقدار نیوتنی فاصله گرفته بود.

در ۶ نوامبر ۱۹۱۹، در نشست مشترک انجمن سلطنتی لندن و انجمن سلطنتی نجوم، ادینگتون نتایج را ارائه کرد. «جوزف جان تامسون»، رئیس انجمن سلطنتی و کاشف الکترون، این نتیجه را «یکی از بزرگ‌ترین دستاوردهای اندیشه بشری» توصیف کرد. فردای آن روز، روزنامه تایمز لندن با تیتر بزرگ «انقلاب در علم / نظریه‌ای جدید درباره جهان / ایده‌های نیوتن سرنگون شد» منتشر شد و به یک‌باره نام فیزیک‌دانی آلمانی‌تبار که تا پیش از آن تنها در محافل علمی شناخته‌شده بود، بر سر زبان‌ها افتاد.

عکسی که شهرت جهانی ساخت

آنچه بعدها به «عکسی که اینشتین را جهانی کرد» مشهور شد، در واقع مجموعه‌ای از صفحات عکاسی با نقاط کم‌نور ستارگان در اطراف قرص سیاه خورشید بود؛ تصویری به ظاهر ساده اما سرشار از معنا. این عکس‌ها ثابت کردند نور در گرانش خم می‌شود، فضا-زمان واقعا انحنا دارد و جهان آن‌گونه که نیوتن توصیف کرده بود، کار نمی‌کند.

برای اینشتین که در آن زمان ۴۰ ساله بود و در برلین زندگی می‌کرد، این تأیید تجربی به معنای ورود به عصر جدیدی از شهرت بود. او از یک استاد دانشگاه نسبتا گمنام، به نمادی جهانی از نبوغ و خلاقیت علمی تبدیل شد؛ چهره‌ای که تصویرش، موهای آشفته و نگاه نافذش، به نماد خود علم بدل گشت.

میراثی فراتر از یک گرفت

امروز پس از بیش از ۱۰۶ سال، آزمایش ادینگتون همچنان یکی از زیباترین پیوندهای میان نظریه و تجربه در علم به شمار می‌رود. با وجود اینکه بعدها درباره دقت مطلق اندازه‌گیری‌های ۱۹۱۹ و گزینش داده‌ها بحث‌هایی مطرح شد، گرفت‌های بعدی و به‌ویژه رصدهای رادیویی مدرن با استفاده از تداخل‌سنجی بسیار بلندپایه (VLBI) و همچنین مشاهده عدسی گرانشی در کیهان، پیش‌بینی اینشتین را با دقتی هزاران برابر بیشتر تأیید کرده‌اند.

پدیده خمیدگی نور ستارگان که نخستین بار در تاریکی چند دقیقه‌ای یک خورشیدگرفتگی دیده شد، امروز اساس ابزارهای مهم اخترفیزیک مانند عدسی گرانشی برای کشف کهکشان‌های دوردست، ماده تاریک و حتی سیارات فراخورشیدی است. تاج خورشیدی که در آن عکس تاریخی اطراف قرص سیاه می‌درخشید نیز خود سوژه پژوهش‌های خورشیدشناسی مدرن شده است.

روایت این عکس یادآور نکته‌ای اساسی است: پیشرفت علم نه‌تنها به نبوغ نظریه‌پردازان، که به شهامت تجربه‌گرایانی وابسته است که حاضرند برای آزمودن یک ایده، تا آن سوی دنیا سفر کنند و در چند دقیقه تاریکی، سرنوشت یک نظریه را رقم بزنند.