П очти 200 години преди учените да приемат съществуването на черни дупки във Вселената, британският духовник Джон Мишел публикува някои изненадващо прозорливи идеи за тези странни космически обекти. Защо работата му не е по-известна?
Съществуването на черни дупки е зашеметяваща мисъл, особено взимайки предвид, че в Космоса може да има милиарди от тях. В продължение на десетилетия през XX век видни физици отказват да повярват, че те могат да съществуват, пренебрегвайки математическите прогнози. Сред съмняващите се е бил дори Алберт Айнщайн, чиято собствена обща теория на относителността прави черните дупки възможни.
(Видеото е архивно: Най-бързо растящата черна дупка!)
Обаче е имало един човек, който е проявил забележителна прозорливост по отношение на черните дупки - и то много преди Айнщайн да се роди. Използвайки само законите на Нютон, един малко известен британски духовник на име Джон Мишел е предвидил тези астрономически странни обекти по някои важни и изненадващи начини още през XVIII век.
Кой е бил Мишел, какво е предсказал и защо идеите му са били забравени?
Мишел е роден през 1724 г. в село Ийкринг, Англия, син на Гилбърт Мишел, енорийски свещеник, и съпругата му Обидиънс Джерард. Образован вкъщи заедно с по-малките си брат и сестра, Джон отрано се слави с бързия си ум и прозорливостта си.
A black hole is a volume of space where gravity is so strong that nothing, not even light, can escape from it.
— Ubaid Khalid (@Ubaidbuzz) February 1, 2024
This astonishing idea was first announced in 1783 by John Michell, an English country parson.
Although he was one of the most brilliant and original scientists of… pic.twitter.com/kytMk7y0JE
Според историка Ръсел Маккормах баща му Гилбърт обичал да цитира семеен приятел, който описал Джон като "най-острия ум, който някога е срещал". Гилбърт ценял независимостта на мисълта, описвайки себе си като "непривързан към никоя организация или деноминация на хората в света".
Семейството на Мишел изповядва латитудинарското християнство - традиция, която почита разума пред прекомерните доктрини и която се заражда в университета в Кеймбридж при Исак Нютон. Затова, когато настъпил моментът Джон да постъпи в университет, той отишъл в Кеймбридж.
Университетът е идеална среда за интелектуални дискусии, тъй като в него има много кафенета и задушевна общност от едва 400 студенти. Мишел остава там повече от 20 години на различни длъжности, изучавайки и преподавайки различни дисциплини, включително иврит, гръцки, аритметика, теология и геология. Той е отдаден експериментатор и, както казва друг биограф - Арчибалд Гейки, "обича да конструира свои собствени апарати... Стаите му в колежа "Куинс" с всичките му уреди и машини понякога изглеждаха като работилница".
През годините в Кеймбридж той започва да проявява способността си за научна далновидност.
През 1750 г. той публикува статия за магнетизма, в която въвежда поне един изцяло нов закон - "обратния квадратен закон", който задълбочава приложението на магнитите в навигацията. През 1760 г. публикува статия за механиката на земетресенията, в която описва разслоените слоеве на Земята, които днес са известни като "кора", и показва как земетресенията преминават през тези слоеве под формата на вълни. Той показва и начин за определяне на епицентъра и огнището на катастрофалното Лисабонско земетресение от 1755 г. и изследва идеята, че подводните земетресения могат да предизвикат цунами.
След като напуска Кеймбридж през 1764 г., той се жени за Сара Уилямсън и се премества в Торнхил в Йоркшир, за да последва стъпките на баща си като енорийски свещеник. Сара умира през следващата година и Мишел се жени повторно за Ан Брекнок през 1773 г. Наред с работата си в църквата той поддържа кореспонденция с различни други философи и учени от този период, включително с американския полиглот Бенджамин Франклин.
От гледна точка на 21-ви век идеята служител на християнската църква да е в центъра на научния живот може да изглежда изненадваща. Но подобно на повечето интелектуалци от XVII в. Мишел не би направил разлика между религия и наука. Въвеждането на телескопите в началото на 1600 г. предизвиква голям философски преврат в цяла Европа.
Фиксираната, наблюдаема йерархия на Божието творение - Земята и небето - е била изместена от това, което историкът на науката Александър Койре нарича "неопределена и дори безкрайна Вселена", която трябва да бъде разбрана чрез наблюдение на "нейните основни компоненти и закони". Но за мислители като Мишел тази революция не измества Бога, а просто подновява неговата тайна: изследваните природни закони все още са Божии закони.
Както пише Нютон през 1704 г.: "Нашите задължения към Бога, както и тези един към друг, ще ни се покажат от светлината на природата." Именно това християнство следва Мишел. Както казва Маккормах, "истините на неговата религия бяха в съгласие с истините на природата".
A massive stellar black hole has just been discovered in the Milky Way
— Shining Science (@ShiningScience) June 15, 2024
• 33 times more massive than the Sun
• 2K light years away
• Was formed from an exploding star — the largest of its kind in our galaxy pic.twitter.com/BHgxpgHr3c
Така, наред с енорийските си задължения, Мишел постепенно насочва вниманието си към космологията и по-специално към гравитацията. Това е областта, в която той създава революционни трудове.
Мишел построява свой собствен 3-метров телескоп и през 1767 г. е първият, който прилага новите математически методи на статистиката при изучаването на видимите звезди, като доказва, че купове като Плеядите не могат да бъдат обяснени със случайно разпределение и трябва да са следствие от гравитационно привличане.
През 1783 г. приятелят на Мишел - Хенри Кавендиш, му пише, във връзка със затруднения при конструирането на нов, още по-голям телескоп. "Ако здравето ти не ти позволява да продължиш с това - пише той, - надявам се, че то поне ще ти позволи да се занимаваш с по-лесната и по-малко трудоемка работа по претеглянето на света". Това звучи като шега и може би е трябвало да бъде смешно, но Кавендиш е имал предвид истинско начинание.
Мишел е работил върху торсионна везна - устройство, което би му позволило да определи плътността на планетата Земя чрез измерване на гравитационното привличане между оловни тежести. Мишел умира, преди да успее да използва апарата, но след смъртта му той преминава в ръцете на Кавендиш, който провежда експеримента през 1797 г. Той изчислява плътността на Земята с точност до 1 % от сега приетата стойност.
Вариант на апарата на Мишел се използва и днес за измерване на гравитационната константа - силата на гравитационното привличане, която действа в цялата Вселена.
Предвиждане на черната дупка
В същата година, в която е написано писмото на Кавендиш, Мишел публикува статия, съдържаща хипотеза, която, макар и да се оказва не толкова научно издържана, е може би най-блестящата по своята проницателност. Използвайки принципите на Нютон, той започва с обяснението как плътността на звездите може да бъде установена чрез наблюдение на начина, по който гравитацията им влияе върху други близки тела, например орбитите на други звезди или комети. След това Мишел обсъжда как поведението на светлината може да се използва за подобни цели:
"Нека сега предположим, че частиците светлина се привличат по същия начин, както всички други тела, които познаваме... в което не може да има никакво разумно съмнение, тъй като гравитацията, доколкото знаем или имаме основание да вярваме, е универсален природен закон.
Largest Black Hole ever discovered dwarfing our entire solar system pic.twitter.com/GQXEEwi8f5
— The Science World (@scienceworld224) June 27, 2024
Теорията за частиците или "корпускулярната" светлина е предложена от Исак Нютон около 80 години по-рано и въпреки че никой не е успял да я докаже, тя остава доминиращото убеждение по времето на Мишел. Мишел обяснява как поведението на светлината под въздействието на гравитацията може да предложи начин за изчисляване на плътността на звездите, поне хипотетично, особено ако звездата е "достатъчно голяма, за да повлияе чувствително на скоростта на светлината, която излиза от нея". Макар че според сегашното разбиране той е сгрешил за влиянието на гравитацията върху скоростта на светлината (тя не се забавя), разсъжденията му са били солидни.
По същите принципи Мишел извежда- този път правилно - че е възможно гравитацията на най-масивните астрални тела да надвиши изцяло собствените им светлинни лъчи. За да може една звезда да постигне това, тя би трябвало да има същата плътност като Слънцето и да е около 500 пъти по-голяма от него. Светлината първоначално би избягала от такава звезда, като може би би се насочила към близките орбитиращи планети, но, обяснява Мишел, "би била принудена да се върне към нея благодарение на собствената си гравитация".
Тъй като светлината на такава звезда не би могла да достигне до нас, "не бихме могли да получим информация от наблюдаване", но все пак бихме могли да я открием чрез нередности в орбитите на други близки астрални тела, причинени от гравитацията на невидимата звезда, "които не биха били лесно обясними при друга хипотеза".
Тези разсъждения, обясни Мишел, са "малко встрани от настоящата ми цел", но те съдържат може би най-близкото приближаване до теорията за черните дупки, възможна в рамките на Нютоновата физика, да не говорим за очертаване на работещ метод за тяхното идентифициране. Няколко черни дупки са открити чрез орбитите на съседни звезди точно по начина, предложен от Мишел. Едва през последните няколко години телескопичните снимки потвърдиха косвените доказателства.
Черните дупки срещу учените
Според Маккормах съществуването на невидими звезди е било сравнително разпространена идея сред учените от онова време. През същата година, в която Мишел публикува статията си, няколко други астрономи водят кореспонденция за угаснали звезди. През 1805 г. астрономът Едуард Пигот публикува статия, в която изказва предположение за вероятността от съществуването на звезди, "които никога не са показвали проблясък на светлина".
Макар че истинският им брой никога не може да бъде известен, "би ли било твърде смело или прозорливо да се предположи, че броят им е равен на този на тези, които са надарени със светлина?", пита той. В края на 90-те години на XIX в. във Франция полиматът Пиер-Симон Лаплас популяризира идеята за тъмните звезди независимо от Мишел.
Скоро след това обаче нови експерименти подкрепят идеята, че светлината е съставена по-скоро от вълни, отколкото от масивни частици, и предположението, че тя може да бъде деформирана или уловена от гравитацията, започва да излиза от мода. Астрономическите трудове на Мишел изпадат в забвение и са открити отново едва през втората половина на XX век.
В книгата си от 1994 г. "Черни дупки и изкривявания на времето" физикът Кип Торн описва "явния контраст" между ентусиазма, с който Мишел и неговите съвременници са приели идеята за гравитационно невидими звезди, и "широко разпространената и почти всеобща съпротива срещу черните дупки през XX век".
Съществената разлика, заключава той, е, че тъмните звезди на Мишел, макар и екзотични, "не са заплаха за никакви заветни вярвания за природата" и не са предизвикателство за "постоянството и стабилността на материята". Както посочва Маккормах, съвременните черни дупки, напротив, са точно това: "пробойна в пространство-времето, безкраен кладенец, от който нищо не може да избяга". Въпреки това Маккормах предполага, че Мишел, "който признава "безкрайното разнообразие, което откриваме в произведенията на творението", не би имал проблем с нашите черни дупки".
Мишел умира на 21 април 1793 г. на 68-годишна възраст, след като до края остава ректор в Торнхил. Други интелектуалци от неговия период са били - и са - много по-известни.
По думите на Маккормах той "се заема с научните проблеми, които го интересуват, независимо в коя област, и ги разработва докъдето пожелае и не повече; публикува работата си, ако и когато пожелае, и само когато е напълно удовлетворен от нея". Това донякъде обяснява неговата неизвестност след смъртта - той е пожертвал влиянието и известността си в името на интелектуалната свобода.
Както е отбелязал александрийският астроном Ибн ал-Хайтам 700 години преди Нютон, "търсачът на истината" не е този, който се доверява на авторитети, "а по-скоро този, който подозира вярата си в тях... този, който се подчинява на аргументи и демонстрации". Следвайки тази традиция, Мишел, подобно на баща си, е автодидакт, който защитава научната си почтеност, като не е обвързан с никоя "организация или деноминация на хора".
Независимостта на Мишел му позволява друга свобода, която е от съществено значение за оригиналната мисъл: тази на въображението. Според Маккормах той избира астрономията именно защото тя предлага нови възможности за теория. Със своята страст към научното въображение Мишел изпреварва творчеството на днешните теоретични физици. Както казва Айнщайн през 1929 г., "въображението обгръща света".
Не пропускайте най-важните новини - последвайте ни в Google News Showcase
