Data trecută am vorbit despre verificarea teoriei generale a relativității în cazul predicției curbării razelor de lumină în câmp gravitațional. 

Am menționat atunci despre verificarea predicției avansului periheliului planetei Mercur. 

Să fiu un pic mai clar cu acest subiect care nu este chiar la îndemâna cititorului și peste care am trecut prea ușor. 

Știm că planetele se mișcă în jurul Soarelui pe traiectorii eliptice, Soarele fiind în unul dintre focare. Johannes Kepler a enunțat primul acest lucru în 1604 pe baza unor observații astronomice făcute anterior de Tycho Brahe. Sir Isaac Newton în 1687 a arătat că planetele într-adevăr mișcă în jurul Soarelui pe elipse pentru care Soarele stă în unul dintre focare folosind regulile mecanicii și geometriei vectoriale descoperite chiar de el. A fost una dintre cele mai frumoase predicții ale mecanicii newtoniene. Cea mai elegantă demonstrație teoretică îi aparține matematicianului francez Pierre Simon Laplace și apare în 1776 în tratatul său de Mecanică Cerească. 

Pentru  cei care nu știu ce este o elipsă, vă propun să vă imaginați o masă pe care este desenat un cerc. Dacă priviți acest cerc din lateral, deci nu de deasupra, va părea ca un oval iar acel oval are forma unei elipse. Sunt pe youtube filmulețe cu desenarea unei elipse folosind două cuie bătute într-o masă, o sfoară și un creion. Cele două cuie sunt focarele elipsei (  

https://youtube.com/@msedge-vd7ch?si=ia4MbQ_DXP4u_qHM ). Acum să presupunem că cineva privește spre planeta Mercur cu un telescop. După multe observații va putea să își dea seama că planeta face o rotație completă în jurul Soarelui în aproximativ 88 de zile terestre. De asemenea, își poate da seama când este în punctul ei cel mai apropiat de Soare și când este în punctul ei cel mai depărtat de Soare și să presupunem că notează pozițiile astea într-un carnet. Și face asta ani la rând. Apoi alt astronom ia caietul și continuă. Apoi alt astronom, ș.a.m.d. Punctul cel mai apropiat de Soare se numește Periheliu. În mod normal pe cerul nopții periheliul planetei ar trebui să fie în același punct oricând privim planeta ajunsă acolo. Dar Periheliul lui Mercur într-o sută de ani tereștri își schimbă poziția pe cer. La celelalte planete nu este așa. Astronomii știu că la planeta Mercur, într-o sută de ani, periheliul se va găsi intr-o poziție schimbată în direcția ei de mișcare cu 42 secunde de arc. 

Dacă vă închipuiți un cerc cu raza de un metru și îl impărțiți în 360 de părți egale, fiecare parte va fi corespunzătoare unui grad. Apoi dacă partea aceea o împărțiți în 60 de părți egale, fiecare nouă parte este un minut de arc. Acum dacă un minut îl împărțim în 60 de părți egale obținem o secundă de arc. 42 de secunde de arc înseamnă puțin dacă ne uităm pe circumferința cercului de un metru. Dar astronomul privește spre Mercur, deci la aproximativ  o sută de milioane de kilometrii depărtare de Pământ. Unghiul acela mic se traduce pe cer într-o schimbare relativ mare pe care mecanica newtoniană nu o putea explica. 

Einstein a arătat că un model de sistem solar în teoria generală a relativității prezice exact unghiul de 42 de secunde de arc pe secol. Asta doream să spun în acea frază scurtă din episodul trecut. 

Acest lucru l-a entuziasmat pe Eddington și l-a făcut să creadă că relativitatea generală oferă o perspectivă mai precisă decât mecanica newtoniană în ceea ce privește universul. 

Cu predicțiile aceluiași model în minte pentru cazul curbării razelor de lumină, Eddington a verificat că valorile experimentale măsurate în timpul eclipsei  din Africa de Sud sunt aceleași cu cele teoretice, iar asta s-a stabilit folosind imaginile negativelor fotografiilor unor stele din apropierea coroanei solare înainte și în timpul eclipsei. Am povestit asta atunci.

Credeți cumva că mecanica newtoniană nu vorbește despre curbarea razelor de lumină în câmp gravitațional? Vorbește, și predicția newtoniană are o valoare pe care am să vă rog să acceptați să o notăm cu litera Y. Experimentele arată însă că valoarea măsurată este de 2Y, iar relativitatea generalizată face exact această predicție. Deci modelul mai potrivit pentru studierea universului, cel puțin în aceste două  cazuri este generat de relativitatea generală. 

La fel în cazul „lentilelor gravitaționale” când rolul Soarelui este preluat de o galaxie îndepărtată și lumina este curbată astfel încât să putem privi imagini „din spatele” galaxiei. 

Sau în cazul găurilor negre când distorsiunea luminii este atât de puternică încât partea din spate a unui inel de lumină care înconjoară gaura neagră ne apare și în partea de sus și în partea de jos a găurii negre. Ca și cum obiectul negru este înconjurat de un colac de lumină, obiectul negru fiind în centru. Și aici puteți găsi o seamă de imagini pe net, poze ale găurilor negre supermasive M87* și Sagittarius A.  

Toate acestea constituie verificări pentru predicțiile teoriei generale a relativității. 

Și mai există una. Predicția lui Einstein referitoare la undele gravitaționale. Ce sunt acestea? Sunt mișcări, tremurături ale texturii spațiu-timpului. Sunt datorate unor evenimente extreme din univers, coliziuni de stele gigantice, explozii ale unor stele supermasive. Dacă ne închipuim textura universului ca pe suprafața unei ape, iar aceste evenimente ca pe aruncarea unei pietre în apă, undele create de piatra în apă ne dau imaginea simplificată la maximum a undelor gravitaționale care fac să tremure textura spațiu-timpului. Iar mintea umană a creat un laborator uriaș cu o anexă cilindrică de aproximativ 4000 de metri lungime. În acel cilindru de la un capăt la altul există o rază laser generată continuu. De fapt denumirea laboratorului, LIGO, vine de la Laser Interferometer Gravitational-waves Laboratory iar rolul este să detecteze undele gravitaționale care foarte simplist vorbind fac raza de laser să tremure. Aceste unde au fost detectate în mai multe rânduri, astfel că în 2017 Premiul  Nobel pentru Fizică a fost atribuit lui Keep Thorne, Rainer Weiss și Barry Barish pentru contribuțiile lor în predicția și detecția undelor gravitaționale. 

Deci în cazul relativității trebuie să rămânem cu imaginea unei teorii ale cărei predicții au fost verificate cu succes. 

Dar așa cum mecanica newtoniană are verificări de succes, iar acum știm că ea este de fapt o teorie a relativității pentru un câmp gravitațional slab și viteze de deplasare mici în raport cu viteza luminii, tot așa viitorul va evidenția o teorie mai generală pentru care teoria generală a relativității va fi un caz particular. 

Însă despre asta vom vorbi într-un alt episod.