Eclipsele arată că fizica greșită poate da rezultate corecte

La fiecare câțiva ani, timp de câteva minute sau cam asa ceva, știința strălucește în timp ce soarele se întunecă.

O eclipsă totală de soare este, pentru cei care sunt martori, ceva ca o experiență religioasă. Pentru cei care îl înțeleg, este un simbol al triumfului științei asupra mitologiei ca o modalitate de a înțelege cerurile.

În Grecia antică, filozofii pionieri și-au dat seama că eclipsele ilustrează modul în care fenomenele fantastice nu necesită explicații fantasmagorice. O eclipsă nu era magie sau iluzie; s-a întâmplat în mod natural când un corp ceresc ia în calea altuia. În secolul al IV-lea î.Hr., Aristotel a susținut că eclipsele de Lună au oferit dovezi puternice că Pământul era în sine o sferă (nu plată așa cum credeau unii filozofi primitivi). Pe măsură ce luna eclipsată s-a întunecat, marginea umbrei care înainta a fost o linie curbă, demonstrând curbura suprafeței Pământului care intervine între Lună și Soare.

Legenda repetă adesea proclamă că primul faimos filosof al naturii grec, Thales din Milet, a prezis chiar o eclipsă de soare care a avut loc în Turcia în anul 585 î.Hr. Dar singura relatare a acestei predicții vine de la istoricul Herodot, care a scris mai bine de un secol mai târziu. El a susținut că, în timpul unei bătălii aprige, „ziua a devenit brusc noapte”, așa cum prognozase Thales că se va întâmpla cândva în acel an.

A avut loc o eclipsă în 585 î.Hr., dar este puțin probabil ca Thales să fi putut prezice-o. Poate că știa că luna blochează soarele într-o eclipsă. Dar nicio metodă matematică disponibilă atunci nu i-ar fi permis să spună când – cu excepția, poate, a unei coincidențe norocoase bazată pe posibilitatea ca eclipsele de soare să aibă loc la un ciclu regulat după eclipsele de Lună. Cu toate acestea, chiar și asta pare puțin probabil, se constată o nouă analiză postată online luna trecută.

„Unii savanți… au negat categoric predicția, în timp ce alții s-au străduit să găsească un ciclu numeric prin care predicția ar fi putut fi realizată”, scrie astronomul Miguel Querejeta. Multe astfel de cicluri au fost deja excluse, notează el. Iar evaluarea sa asupra celorlalte două cicluri concluzionează „că niciuna dintre aceste presupuneri nu poate fi considerată o explicație serioasă a predicției problematice a lui Thales: pe lângă faptul că necesită existența unor înregistrări lungi și precise ale eclipselor… ambele cicluri care au fost examinate trec cu vederea o serie de eclipsele care corespund criteriilor de vizibilitate și, în consecință, tiparele sugerate par să dispară.”

Este adevărat că vechii babilonieni au elaborat metode de prezicere a eclipselor de Lună pe baza modelelor din intervalele dintre ele. Iar faimosul mecanism grecesc Antikythera din secolul al II-lea î.Hr. pare să fi folosit astfel de date de ciclu pentru a prezice unele eclipse.

Astronomii greci antici, precum Hipparchus (c. 190–120 î.Hr.), au studiat eclipsele și relațiile geometrice ale Pământului, Lunii și Soarelui care le-au făcut posibile. Înțelegerea acestor relații suficient de bine pentru a face predicții rezonabile de precise a devenit posibilă, totuși, numai cu descrierea matematică elaborată a cosmosului dezvoltată (pe baza lucrării lui Hipparchus) de către Claudius Ptolemeu. În secolul al II-lea d.Hr., el a elaborat matematica pentru a explica mișcările corpurilor cerești, presupunând că Pământul stătea nemișcat în centrul universului.

Sistemul său a specificat cerințele de bază pentru o eclipsă de soare: trebuie să fie momentul lunii noi – când luna și soarele sunt de aceeași parte a Pământului – și pozițiile orbitelor lor trebuie să traverseze, de asemenea, ecliptica, planul traseul orbital aparent al soarelui prin cer. (Luna orbitează Pământul într-un unghi ușor, traversând planul eclipticii de două ori pe lună.) Numai calcule precise ale mișcărilor Soarelui și Lunii pe orbitele lor ar putea face posibilă prezicerea datelor pentru alinierea eclipselor.

A prezice când va avea loc o eclipsă nu este exact la fel cu a prognoza exact unde va avea loc. Pentru a fi exacte, predicțiile eclipselor trebuie să țină cont de interacțiunile gravitaționale subtile. Hărțile care arată căi exacte ale totalității (cum ar fi pentru Marea Eclipsă Americană din 2017) au devenit posibile numai cu legea gravitației din secolul al XVII-lea a lui Isaac Newton (și dezvoltarea ulterioară a instrumentelor matematice pentru a o exploata). Cu toate acestea, Ptolemeu a dezvoltat un sistem care, în principiu, arăta cum să anticipeze când vor avea loc eclipsele. Curios, totuși, acest succes s-a bazat pe un plan grav greșit pentru arhitectura cosmosului.

După cum Copernic a demonstrat în mod persuasiv în secolul al XVI-lea, Pământul orbitează în jurul Soarelui, nu invers. Poate că geometria lui Ptolemeu a fost solidă, dar fizica lui era inversată. În timp ce a demonstrat că matematica este esențială pentru descrierea naturii și pentru prezicerea fenomenelor fizice, el a arătat, din neatenție, că matematica poate avea succes fără a avea dreptate.

Este greșit să-l învinovățim pentru asta, totuși. În antichitate, matematica și știința erau întreprinderi separate (știința era atunci „filozofie naturală”). Astronomia era privită ca matematică, nu ca filozofie. Scopul unui astronom a fost să „salveze fenomenele” – să descrie natura corect cu matematica care corespunde observațiilor, dar nu să caute cauzele fizice subiacente ale acestor observații. Tratatul de matematică al lui Ptolemeu, Almagestul, era despre matematică, nu despre fizică.

Una dintre marile realizări ale lui Copernic a fost îmbinarea matematicii cu realitatea fizică a sistemului său. El a susținut că Soarele ocupa centrul cosmosului și că Pământul era o planetă, la fel ca celelalte despre care se presupunea că ar fi orbitat în jurul Pământului. Copernic a elaborat matematica pentru un sistem planetar centrat pe soare. Era un sistem mai simplu decât al lui Ptolemeu. Și a fost la fel de bun pentru a prezice eclipsele.

După cum sa dovedit, totuși, nici măcar Copernic nu a avut dreptate. El a insistat că orbitele planetare erau circulare (modificate de cercuri secundare, epiciclurile). De fapt, orbitele sunt elipse. Este o poveste recurentă în știință că teoriile de succes matematic sunt uneori doar aproximativ corecte, deoarece se bazează pe înțelegerea defectuoasă a fizicii de bază. Chiar și legea gravitației lui Newton sa dovedit a fi doar o bună explicație matematică; spațiul absolut și fluxul invariabil al timpului în care el credea pur și simplu nu sunt o reprezentare exactă a universului în care trăim. A fost nevoie de Einstein să vadă asta și să dezvolte viziunea gravitației ca curbură a spațiu-timpului indusă de prezența masei.

Desigur, pentru a-i dovedi dreptatea lui Einstein a necesitat măsurarea atentă de către Arthur Eddington și colegii săi a luminii stelelor care se înclină lângă soare în timpul unei eclipse de soare din 1919. Este bine că știau când și unde să meargă să o vadă.

Urmărește-mă pe Twitter: @tom_siegfried