Einstein och solförmörkelsen

Einstein och solförmörkelsen

Albert Einstein förutspådde för hundra år sedan att stjärnljus som passerar nära solens rand förändrar sin bana. En brittisk expedition åkte till Brasilien och ön Príncipe utanför Afrikas västkust för att observera en solförmörkelse. Genom noggranna analyser lyckades de visa att Einsteins förutsägelse stämde. Över en natt blev Einstein världsberömd. Men bakom upptäckten som förändrade vår syn på rummets och tidens egenskaper döljer sig en historia om hur Einstein och expeditionens ledare Eddington kämpade för fred i en tid av krig.

[Det här är en utökad version av en artikel som ursprungligen pub­licerades i Arbetaren den 30 oktober 2019 under namnet När Einstein fick rätt.]

Den 6 november 1919 går Arthur Stanley Eddington – föreståndare för observatoriet i Cambridge och professor i astronomi – tillsammans med sina kollegor upp på ett podium i Royal Astronomical Societys hus i London. Drygt hundra personer trängs i rummet. De vill höra hur det har gått för en astronomisk expedition som har rest till Brasilien och ön Príncipe utanför Afrikas västkust. Har den bekräftat Einsteins nya teori om rummet och tidens natur eller inte?

Expeditionen har observerat en solförmörkelse. Men det var inte solen eller månen som stod i vetenskapligt fokus. Astronomerna ville mäta det svaga stjärnljuset som färdades nära solens rand. Einstein hade förutspått att stjärnljuset skulle förändra sin bana på grund av solens gravitation. Det var en liten förändring, men om den fanns skvallrade den om att Einsteins vision stämde: att gravitation egentligen inte är en kraft, utan beror på att solen omformar rummet och tiden runt omkring sig.

En applåd bryter ut när Eddington slår fast att stjärnljuset förändrades precis så mycket som Einstein förutspått. Mötesordföranden avslutar sammankomsten med orden: ”Om Einsteins teorier stämmer … så är resultaten en av det mänskliga tänkandets största bedrifter.”

Över en natt blir Einstein världskändis. The Times förstasida slår dagen efter presskonferensen fast: ”En vetenskaplig revolution – ny teori för universum – Newtons idéer avsatta”. Allt är i gungning: Tsarer, kejsare och monarker faller som käglor, den modernistiska konsten förvrider alla perspektiv, och Newtons gravitationsteori – den klassiska fysikens kronjuvel – byts ut.

 

Vetenskap och solidaritet

Men bakom upptäckten som förändrade vår syn på rummet och tidens natur finns ytterligare en historia. För Eddington handlade expeditionen inte bara om vetenskap. Den hade ett politiskt syfte. När miljoner människor dog under nationalismens flagg under första världskriget såg han det som sin uppgift att ställa vetenskapen i fredens i stället för i krigets tjänst.

Eddington ville visa att internationell solidaritet mellan forskare i krigförande länder var möjlig. Månens, solens och stjärnljusets rörelser på himlen blev en symbol för internationellt samarbete då expeditionen reste över tre kontinenter så att en engelsk astronom kunde testa en tysk professors teorier.

När första världskriget bröt ut hamnade brittiska och tyska akademiker i ett ställningskrig mot varandra. En avgörande faktor till de försämrade relationerna var ”De 93:s manifest”. I början av kriget massakrerade tyska trupper lokalbefolkningen i den belgiska staden Leuven. Attacken väckte omfattande kritik från omvärlden. Tyska forskare skrev ett manifest till försvar för de tyska soldaterna. Forskarna menade att det var med ”tungt hjärta” som soldaterna tvingades beskjuta staden på grund av ”den vildsinta lokalbefolkningens … förrädiska attacker”. 93 kända forskare, såsom Planck och Röntgen, skrev under manifestet.

Resultaten blev inte vad de hade hoppats på. I stället för att öka respekten för den tyska vetenskapen och militären blev engelska forskare allt mer misstänksamma mot de tyska forskarna. ”Om de tyska trupperna saknar all heder, hur ska vi då kunna lita på de tyska forskarnas resultat?”, resonerade akademikerna i England.

Engelska forskare som kommunicerade med tyska sågs med misstänksamhet. Scotland Yard letade efter tyska agenter bland de engelska forskarna. Den astronomiska kommunikationscentralen i Kiel – som spred nyheter mellan Europas astronomer – stängdes ner. Tidskriften Physikalische Zeitschrift svarade med att publicera listor över fysiker som deltog i militärtjänst för att visa att ”även fysiken är ett med faderlandet”. En annan tidskrift tog bort namnen på engelska forskare. Framstående tyska fysiker slutade citera engelska resultat och ändrade engelska vetenskapliga termer till tyska.

Einstein och Eddington såg bedrövat på hur deras kollegor sjönk allt djupare ned i nationalistiska tankegångar. Och de försökte båda agera mot den nationalistiska yran.

 

Kväkarna och kriget

Eddington hämtade sina pacifistiska tankar från den kristna rörelse han tillhörde: kväkarna. De hade sedan 1600-talet verkat för fred och internationellt samarbete. Under första världskriget ställdes deras pacifism på sin spets. Kväkarnas position gentemot nationalismen var att de som stred i kriget och stöttade militären själva var offer för kriget. Om de tyska forskarna skrev kväkarna inför sin brittiska publik att ”de var offer för militarismens och imperialismens perversa system. De behöver räddas från detta system, inte klandras för det”.

I stället för att strida grundade kväkarna Friends Ambulance Unit som hjälpte sårade på båda sidor av skyttegravarna, och de tog hand om nödställda familjer oavsett härkomst. Verksamheten var farlig. Tre av kväkarnas medlemmar hamnade i fängelse, och regeringsföreträdare diskuterade om Treason Act of 1534 skulle användas mot dem.

Eddington riskerade själv fängelse på grund av vapenvägran. Storbritannien hade en mäktig flotta men bara en liten stående armé då kriget bröt ut. När dödsrapporterna strömmade in från fronten rekryterade militären frivilliga som entusiastiskt anslöt sig till striderna. Men när nästan 7 000 soldater dog varje vecka räckte inte individuell krigsentusiasm till.

Värnplikt infördes. 1,2 miljoner män kallades och 750 000 ansökte om undantag. Eddington var en av dem. Han ville få status som samvetsvägrare: någon som vägrar militärtjänst av moraliska skäl.

Samvetsvägrarna levde ett farligt liv i England. De internerades och fick utföra meningslöst, hårt arbete. Pressen och politiker hängde ut dem som landsförrädare och veklingar. Militären skenavrättade 34 samvetsvägrare. De hade vägrat följa order, och skulle skjutas i gryningen. Gevären var laddade och precis när skotten skulle falla ändrades domen till tio års straffarbete.

 

Förhören

Eddington stod dock på sig. Military Service Tribunal förhörde Eddington tre gånger. Det blev en kamp mellan militären (som ville skicka Eddington till fronten), universitetet (som ville ge Eddington undantag på grund av hans vetenskapliga arbete) och Eddington själv (som ville ha status som samvetsfånge). När Eddington blev befriad från militärtjänst på grund av sitt vetenskapliga arbete överklagade han, och förhören fortsatte.

Expeditionen blev en kompromiss mellan alla parter. Regeringen och universitetet slapp den principfaste pacifisten, och Eddington fick använda sin vetenskapliga expertis för ett högre syfte.

För Eddington var expeditionen en del av kväkarnas ambition att lindra nationalismens skador med internationellt samarbete. För det brittiska imperiet var expeditionen ett statligt uppvisningsnummer. USA, Ryssland och Europa tävlade om att visa upp sina logistiska färdigheter. Tillgången till fler kolonier gjorde att astronomerna kunde åka till allt mer avlägsna platser. Expedition behövde imperiets resurser för att lyckas och var på så sätt en del i ett kolonialt projekt. Men Eddington ville använda dessa resurser för internationell samverkan. Han ville, med historiken Matthew Stanleys ord, bekämpa militarismen med ”ekvationer och stjärnkartor.”

 

Einsteins pacifism

På andra sidan kanalen utkämpade Einstein en liknande kamp. I dag ser vi ofta Einstein som en gammal gubbe med spretigt hår som sprider humoristiska visdomar. Under första världskriget var han dock en svältande, illa klädd medelålders socialist som arbetade intensivt med att formulera en ny teori för hur gravitation fungerar och att omvända sina kollegor till fredens sak.

Han slapp militärtjänst eftersom han var schweizisk medborgare. Redan som tonåring hade han avsagt sig sitt tyska medborgarskap för att slippa värnplikt.

Från sin lägenhet i Berlin skrev Einstein brev, pamfletter och upprop mot kriget. Som svar på de 93:s manifest skrev han under ”Manifest till européer”, som varnade att fredsvillkoren kunde ge upphov till ett nytt krig. Endast tre ytterligare personer vågade skriva under manifestet, eftersom åsikterna var så impopulära. Einstein publicerade också artikeln ”Min åsikt om kriget”, som fördömde all nationalism, vilken, enligt Einstein, bara leder till ”djuriskt hat och massmord”. Till en kollega beskrev han kriget som ”en kollektiv galenskap … som ett dårsjukhus … en masspsykos” och spekulerade i om kriget berodde på ”mannens sexuella läggning”. Han åkte även till Schweiz för att delta i ett rådslag mot kriget.

Få kollegor lyssnade på Einstein. Tvärtom fick han kritik, vilken ofta hade antisemitiska förtecken. Han såg hur fler och fler slöt upp bakom den preussiska militärdiktaturen och han blev mer och mer isolerad.

Polisen i Berlin blev däremot intresserad av den pacifistiske professorn. Myndigheterna förde upp honom som nummer 9 av 31 på listan över potentiella subversiva pacifister och socialister. Mot slutet av kriget drog polisen in Einsteins möjlighet att resa fritt in och ut ur landet.

 

Mot södra hemisfären

När Eddington fick klartecken för att genomföra expeditionen började planeringen. Månens skugga skulle svepa över Amazonas, Atlanten och Kongos djungel. Den optimala observationsplatsen skulle identifieras, fartyg bokas, manskap kallas, lokala företrädare kontaktas. Det var ett omfattande logistiskt arbete. Och kriget pågick fortfarande: Tyska ubåtar sänkte brittiska fraktfartyg och det var oklart om det ens gick att åka till de utvalda platserna.

Men kriget tog slut. Den 9 november 1918 skrev Einstein i sina föreläsningsanteckningar att hans lektion var ”inställd på grund av revolution.” Tyska soldater hade gjort uppror, hundratusentals människor strejkade över hela Tyskland och den gamla ordningen kollapsade.

Einstein stödde upproret helhjärtat. ”Den stora händelsen har skett!” skrev han till sin syster. ”Den största offentliga erfarenhet som är tänkbar … att jag skulle få uppleva detta!” Hans dröm gick, åtminstone för en kort stund, i uppfyllelse.

Den tyska militärens kollaps avslutade första världskriget. Expeditionen skulle bli av. Eddington insåg att det inte räckte med expeditionens vetenskapliga sida. Det krävdes också folkbildning för att både forskare och allmänhet skulle förstå vikten av expeditionens resultat. Han skrev därför en serie populärvetenskapliga artiklar och höll föredrag för att informera om Einsteins teori. Problemet var att teorin var svår att förstå: den krävde en ny typ av matematik – den icke-euklidiska geometrin – som få matematiker, än färre fysiker eller astronomer och knappt ingen från allmänheten kände till. Eddington använde därför en hel arsenal av litterära referenser – som Alice i Underlandet och Gullivers resor – för att förklara den nya teorin.

Det vetenskapliga målet med expeditionen var att mäta hur mycket stjärnljuset som färdas nära solens rand böjs av på grund av solens gravitation. Stjärnornas position förskjuts på himlen när solen passerar nära dem, ett fenomen som bara går att studera vid en solförmörkelse. Einstein hade angett en formel för den exakta storleken på denna förskjutning, vilket motsvarade att stjärnornas position försköts en sextiondels millimeter på de fotografiska plåtarna. Genom att jämföra fotografierna av stjärnorna tagna under solförmörkelsen med fotografier tagna en stjärnklar natt kunde Eddington se hur mycket stjärnornas position hade förändrats på grund av solens gravitation.

Illustration i London News från den 22 November 1919. Illustrationen visar solförmörkelsen i Brasilien. Längst ner till vänster syns det tillfälliga observatorium som brasilianska och engelska astronomer konstruerade.

 

Den 8 mars 1919 avgick expeditionen från Liverpool. Skeppet RMS Anselm tog forskarna till Madeira. Kriget var fortfarande närvarande: i hamnen stack masterna från skepp som hade sänkts av tyska ubåtar upp ur vattnet.

På Madeira delade gruppen på sig. En grupp åkte till Sobral i Brasilien, och den andra, som Eddington ledde, åkte vidare till Príncipe. Ön var en portugisisk koloni som producerade kakao med hjälp av slavar från Angola. Nu var öns invånare fria, men den koloniala strukturen gjorde sig fortfarande gällande: ett par portugisiska familjer styrde ön samtidigt som de befriade slavarna arbetade vid odlingarna.

Kakaoarbetarna bar Eddingtons utrustning genom den svårtillgängliga terrängen till en avlägsen kulle. Där byggde de ett provisoriskt observatorium. Dagen innan solförmörkelsen bröt ett oväder ut och det regnade oavbrutet. Två års förberedelser såg ut att gå om intet. Hur mycket Eddington än hade planerat expeditionen in i minsta detalj kunde han inte rå på vädret.

Nästföljande dag, den 29 maj, var himlen fylld av astronomernas största skräck: moln. Månen gled in över solen klockan 14.13 och förvandlade dag till natt i 302 sekunder. Molntäcket skingrade sig tillräckligt mycket för att Eddington skulle kunna fotografera stjärnorna nära solen. Till sina kollegor telegraferade han: ”Genom moln, hoppfull”.

Observationerna lyckades men det krävdes en noggrann analys av de fotografiska plåtarna för att fastställa exakt vad expeditionen hade mätt. Analysen tog flera månader. Men när de berättade om sina resultat spred sig nyheten om den vetenskapliga omvälvningen direkt.

 

Expeditionens konsekvenser

Det var Eddington som gjorde Einstein till en världskändis. Han hade förberett allmänheten med sina populärvetenskapliga artiklar och böcker. Einstein åkte ut på världsturné och berättade om sina teorier. Allmänheten älskade honom. Hans internationella och fredliga budskap gick hem hos den krigströtta allmänheten. Eftersom han hade varit pacifist under hela kriget hade han inte heller blod på sina händer.

 

New York Times 10 november 1919. Tidningsrubrikerna dagen efter att Eddington berättade att expeditionen hade bekräftat Einsteins teori.

 

Einsteins ekvationer är fortfarande, 100 år efter att han skrev ned dem, oöverträffade. Ur hans teori har en rad upptäckter flödat: om svarta hål, universums expansion och även något så praktiskt som GPS-systemet (Einsteins ekvationer anger hur satelliternas klockor i rymden tickar snabbare än klockorna på jorden, och utan att korrigera för den skillnaden skulle GPS-systemets precision kollapsa inom ett par minuter).

Sommaren 1921 reste Einstein till England. Längst inne i Royal Astronomical Societys hus träffade han Eddington. De hade skrivit några artiga brev till varandra där de beklagade att de inte kunde den andres språk tillräckligt väl. Nu skakade de hand för första gången: två udda fåglar som trots hån och attacker hade lagt grunden för en revolution inom fysiken som skulle förändra vår syn på rummets, tidens och universums egenskaper för alltid.

Skänk dem en tanke nästa gång du använder Google Maps och GPS-systemet. Du kommer hitta rätt tack vare den principfasta hållningen hos en vapenvägrande kväkare och en pacifistisk socialist.

 

Källor:

Einstein’s War. How Relativity Triumphed Amid the Vicious Nationalism of World War I, Matthew Stanley, Viking, Penguin Books, 2019

No Shadow of a Doubt. The 1919 Eclipse That Confirmed Einstein’s Theory of Relativity, Daniel Kennefick, Princeton University Press, 2019

 

Var Eddington homosexuell?

Historiker har spekulerat i huruvida Eddington var homosexuell. Frågan är inte helt irrelevant för Eddingtons vetenskapliga arbete. På Eddingtons tid var homosexualitet straffbart. År 1895 hade exempelvis författaren Oscar Wilde dömts till fängelse på grund av sitt samröre med en man. Om Eddington var homosexuell förstärkte det hans utsatta position. Inte bara hans pacifism, utan även hans sexuella läggning var, i sånt fall, under attack. Kanske hängde hans moraliska integritet – som påverkade hans vetenskapliga arbete – samman med erfarenheterna av att vara homosexuell i en tid då det var olagligt?

Stödet för att Eddington var homosexuell är dock tvetydigt. Eddington gifte sig aldrig. Hans enda relation med kvinnor var hans mor och syster, som han bodde tillsammans med, och kollegialt samarbete med de fåtal kvinnor som studerade vid Cambridge. Han hade en nära manlig vän, Charles Trimble. De sågs ofta ihop; på vandringar, hemma hos varandra, på resor. En kort period bodde de ihop i London. Om deras relation var mer än rent vänskapliga behövde de hålla den sidan hemlig. Eddington såg till att hans brev brändes efter hans död, vilket gör det svårt att få en djupare inblick i deras relation.

Källa: Empire of the Stars, Arthur I. Miller, Houghton Mifflin Harcourt, 2005.

 

Einsteins gravitationsteori

Den 25 november 1915 presenterade Einstein sina nyfunna ekvationer för hur gravitation fungerar för den Preussiska Vetenskapsakademin. Ekvationerna uttrycker Einsteins vision om att gravitation inte är en kraft som verkar mellan objekt, utan en förändring av rummets och tidens egenskaper. Einstein skrev ner en formel för hur materia förändrar rum och tid runt omkring sig, och hur denna förändring påverkar hur objekt rör sig. Så rör sig exempelvis månen runt jorden för att jorden har förändrat tidens gång runt omkring sig, snarare än att det är en kraft som verkar mellan jorden och månen. Einsteins ekvationer är väldigt komplexa. Idag är enbart ett fåtal lösningar till ekvationerna kända. För realistiska fall krävs omfattande datorberäkningar. Förutsägelserna från Einsteins ekvationer har testats med stor precision i solsystemet, och ekvationerna är en av grundpelarna i studiet av universums utveckling.

Next Göttingens svarta hål

Leave a comment