Cu aproape 200 de ani înainte ca oamenii de știință să accepte existența găurilor negre, un preot britanic pe nume John Michell a publicat câteva idei surprinzător de prevăzătoare despre aceste obiecte cosmice ciudate. De ce munca sa nu este mai bine cunoscută?
Existența găurilor negre este un gând năucitor, 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 acestea ar putea fi reale, ignorând ceea ce prezicea matematica. Printre acești sceptici se număra chiar și Albert Einstein - a cărui teorie a relativității generale făcea posibile găurile negre (a se vedea "De ce Einstein și colegii săi erau "irațional de rezistenți" la găurile negre").
Cu toate acestea, a existat o persoană care a dat dovadă de o presimțire remarcabilă în ceea ce privește găurile negre - și a făcut acest lucru cu mult înainte ca Einstein să se fi născut. Folosind doar legile newtoniene, un cleric britanic puțin cunoscut pe nume John Michell a anticipat aceste obiecte astronomice ciudate în moduri importante și surprinzătoare, încă din secolul al XVIII-lea. Cine a fost Michell, ce a prezis și de ce ideile sale au fost în mare parte uitate?
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 sa mai mică, John a avut de timpuriu reputația de a învăța repede și de a fi perspicace. Potrivit istoricului Russell McCormmach, tatălui său Gilbert îi plăcea să citeze un prieten de familie care îl descria pe John ca fiind "cel mai limpede cap pe care l-a întâlnit vreodată". Gilbert aprecia independența de gândire, descriindu-se pe sine ca "nefiind atașat de niciun corp sau confesiune de oameni din lume". Familia urma creștinismul latitudinar - o tradiție care preamărea rațiunea în detrimentul doctrinei excesive și care își avusese originea la Universitatea din Cambridge, sub conducerea lui Isaac Newton. Prin urmare, când a venit timpul ca John să intre la universitate, s-a dus la Cambridge.
După cum scria Newton în 1704, "datoria noastră față de [Dumnezeu], precum și cea față de ceilalți, ne va apărea prin lumina naturii".
Michell a urmat acest creștinism newtonian. După cum spune McCormmach, "adevărurile religiei sale erau în acord cu adevărurile naturii". Astfel, pe lângă îndatoririle sale parohiale, Michell și-a concentrat treptat atenția asupra cosmologiei și în special asupra naturii gravitației. Acesta a fost domeniul în care a produs lucrări care au fost atât revoluționare, cât și profetice, chiar și mult timp după moartea sa.
Michell și-a construit propriul telescop reflectorizant de 3 m și, în 1767, a fost primul care a aplicat noile metode matematice ale statisticii la studiul stelelor vizibile, demonstrând că roiuri precum Pleiadies nu puteau fi explicate prin distribuție aleatorie și trebuiau să fie o consecință a atracției gravitaționale.
În 1783, Henry Cavendish, prietenul lui Michell, i-a scris acestuia, menționându-i unele dificultăți pe care Michell le avea cu construcția unui telescop nou, și mai mare. "Dacă sănătatea dumneavoastră nu vă permite să continuați cu acest lucru", i-a scris el, "sper că vă va permite cel puțin să vă ocupați mai ușor și mai puțin laborios de cântărirea lumii". Pare o glumă și poate că se dorea a fi amuzantă, dar Cavendish se referea la un efort real.
Michell lucra la o balanță de torsiune, un dispozitiv care i-ar fi permis să estimeze densitatea planetei Pământ prin măsurarea atracției gravitaționale dintre greutățile de plumb. Michell a murit înainte de a putea utiliza aparatul, dar după moartea sa, acesta a trecut la Cavendish, care a efectuat experimentul în 1797. Acesta a calculat densitatea Pământului cu o precizie de 1% din valoarea acceptată în prezent. Precizia rezultatului lui Cavendish nu a fost depășită până în 1895, iar o variantă a aparatului lui Michell este utilizată și astăzi pentru măsurarea constantei gravitaționale - forța atracției gravitaționale care operează în întregul Univers.
Previziunea 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 prin perspicacitatea sa. Folosind principiile newtoniene, lucrarea începea prin a explica modul în care densitatea stelelor putea fi stabilită prin observarea modului în care gravitația lor afecta alte corpuri din apropiere, de exemplu orbitele altor stele sau comete. Michell a continuat apoi 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 pe care le cunoaștem... lucru de care nu poate exista nicio îndoială rezonabilă, gravitația fiind, din câte știm sau avem motive să credem, o lege universală a naturii".
Cu o ofertă abundentă de cafenele și o comunitate intimă de doar 400 de studenți, universitatea era un cadru ideal pentru discursul intelectual. Michell a rămas acolo mai mult de 20 de ani, ocupând diferite posturi, studiind și predând discipline precum ebraica, greaca, aritmetica, teologia și geologia. Era un experimentalist convins și, după cum spune un alt biograf, Archibald Geikie, "îi plăcea să-și construiască propriile aparate... Camerele sale de la Queens' [colegiu] cu toate instrumentele și mașinile sale aveau uneori aspectul unui atelier". Tot în timpul anilor petrecuți la Cambridge a început să își demonstreze capacitatea de previziune științifică.
În 1750, a publicat o lucrare despre magnetism, introducând cel puțin o lege complet nouă - "legea pătratului invers" - care a avansat aplicarea magneților în navigație. În 1760, a publicat o lucrare privind mecanica cutremurelor, descriind straturile stratificate ale Pământului, cunoscute în prezent ca fiind "scoarța" acestuia, și demonstrând modul în care cutremurele se deplasează prin aceste straturi sub formă de unde. De asemenea, el a arătat o modalitate de estimare a epicentrului și a focarului cutremurului catastrofal de la Lisabona din 1755 și a explorat ideea că cutremurele submarine ar putea provoca tsunami-uri.
Michell a publicat, de asemenea, o lucrare despre mecanica cutremurelor, care arăta o modalitate de estimare a epicentrelor și explora ideea că cutremurele ar putea produce tsunami-uri
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 parohial. Sarah a murit în anul următor, iar Michell s-a recăsătorit cu Ann Brecknock în 1773. Pe lângă activitatea sa în biserică, Michell a purtat corespondență cu diverși filosofi naturali și intelectuali ai perioadei, inclusiv cu polimatul american Benjamin Franklin.
Din perspectiva secolului XXI, ideea că un angajat al bisericii creștine se află în centrul vieții științifice poate 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 bulversare filosofică în întreaga Europă. Ierarhia fixă și observabilă a creației lui Dumnezeu - Pământul și cerurile - a fost răsturnată de ceea ce istoricul științei Alexandre Koyré numește un "Univers indefinit și chiar infinit" care trebuia înțeles prin observarea "componentelor și legilor sale fundamentale". Dar pentru gânditori precum Michell, această revoluție nu l-a înlăturat pe Dumnezeu, ci pur și simplu i-a reînnoit misterul: legile naturale investigate erau în continuare legile lui Dumnezeu.
Lumina ar scăpa de o astfel de stea, dar, după cum a explicat Michell, "ar fi făcută să se întoarcă spre ea, prin propria gravitație"
Teoria particulelor sau "corpusculară" a luminii fusese propusă de Isaac Newton cu aproximativ 80 de ani mai devreme și, deși nimeni nu reușise să o demonstreze, aceasta a rămas credința dominantă în zilele lui Michell.Michell a explicat modul în care comportamentul luminii sub acțiunea gravitației ar putea oferi o modalitate de a calcula densitatea stelelor, cel puțin ipotetic, mai ales dacă o stea era "suficient de mare pentru a afecta sensibil viteza luminii care iese din ea".Cu toate că, în prezent, se consideră că a greșit în ceea ce privește impactul gravitației asupra vitezei luminii (aceasta nu este încetinită), raționamentul său a fost solid.
Pe baza acelorași principii, Michell a dedus - corect de data aceasta - că este de asemenea posibil ca gravitația celor mai masive corpuri astrale să poată depăși complet propriile raze de lumină. Pentru ca o stea să realizeze acest lucru, ar trebui să aibă aceeași densitate ca Soarele și să fie de aproximativ 500 de ori mai mare decât acesta. Inițial, lumina ar scăpa de o astfel de stea, poate ajungând la planetele care orbitează în apropiere, dar, a explicat Michell, "ar fi forțată să se întoarcă spre ea, datorită propriei gravitații".
Deoarece lumina unei astfel de stele nu ar putea ajunge la noi, "nu am putea avea nicio informație din vedere", dar am putea totuși să o detectăm din neregularitățile de pe orbitele altor corpuri astrale din apropiere, cauzate de gravitația stelei invizibile, "care nu ar fi ușor de explicat prin nicio altă ipoteză".
Aceste speculații, a explicat Michell, au fost "oarecum în afara scopului meu actual", dar ele conțin probabil cea mai apropiată aproximare a ideii de găuri negre posibilă conform fizicii newtoniene, fără a menționa schița unei metode de lucru pentru identificarea acestora. Mai multe găuri negre au fost detectate prin intermediul orbitelor stelelor vecine, exact în modul sugerat de Michell. Abia în ultimii ani, imaginile telescopice au confirmat dovezile indirecte.
Existența stelelor invizibile, o idee relativ răspândită printre oamenii de știință din acea vreme
Potrivit lui McCormmach, existența stelelor invizibile era o idee relativ răspândită printre oamenii de știință din acea vreme. În același an în care Michell și-a publicat lucrarea, alți câțiva astronomi corespondau despre stelele care dispăruseră. În 1805, astronomul Edward Pigott a publicat o lucrare care sugera probabilitatea existenței unor stele "care nu au arătat niciodată o licărire de strălucire". Deși numărul lor real nu va putea fi niciodată cunoscut, "ar fi oare prea îndrăzneț sau vizionar să presupunem că numărul lor este egal cu al celor înzestrate cu lumină?", a întrebat el. În Franța, polimatul Pierre-Simon Laplace a promovat ideea stelelor întunecate independent de Michell la sfârșitul anilor 1790.
Cu toate acestea, nu după mult timp, noi experimente au întărit ideea că lumina este compusă mai degrabă din unde decât din particule masive, iar sugestia că ar putea fi deformată sau prinsă de gravitație a început să cadă în desuetudine. Lucrările astronomice ale lui Michell au căzut în obscuritate și au fost redescoperite abia în a doua jumătate a secolului XX.
În cartea sa Black Holes and Time Warps (1994), fizicianul Kip Thorne descrie "contrastul pronunțat" dintre entuziasmul cu care Michell și contemporanii săi au îmbrățișat ideea stelelor invizibile din punct de vedere gravitațional și "rezistența generalizată și aproape universală din secolul al XX-lea față de găurile negre". Diferența crucială, concluzionează el, este că stelele întunecate ale lui Michell, deși exotice, "nu erau o amenințare la adresa niciunei credințe prețioase despre natură" și nici o provocare la adresa "permanenței și stabilității materiei".
După cum subliniază McCormmach, găurile negre moderne, prin contrast, sunt exact asta: "o puncție în spațiu-timp, un puț infinit 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.
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 din perioada sa au fost - și sunt - mult mai cunoscuți.Ei publicau mai frecvent și pe teme care erau mai populare. Michell, în schimb, și-a urmat nasul. În cuvintele lui McCormmach, el "a abordat problemele științifice care îl interesau, indiferent de domeniu, și le-a urmărit atât de departe cât a dorit și nu mai departe; și-a publicat lucrările dacă și când a vrut, și numai când a fost pe deplin mulțumit de ele".Acest lucru explică într-o oarecare măsură obscuritatea sa după moarte - el a sacrificat impactul și renumele în numele libertății intelectuale.
După cum observase astronomul alexandrin Ibn al-Haytham cu 700 de ani înaintea lui 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 argumentelor și demonstrațiilor". Urmând această tradiție, Michell, ca și tatăl său, a fost un autodidact, protejându-și integritatea științifică prin faptul că a rămas nelegat de niciun "organism sau confesiune de oameni".
Independența lui Michell i-a permis o altă libertate esențială pentru gândirea originală: cea a imaginației.Potrivit lui McCormmach, el a ales astronomia în special pentru că aceasta oferea noi perspective pentru teorie. În pasiunea sa pentru imaginația științifică, Michell a anticipat creativitatea fizicienilor teoreticieni de astăzi. După cum spunea Einstein în 1929, "imaginația înconjoară lumea".
Comentează