Ο ξεχασμένος ιερέας που προέβλεψε τις μαύρες τρύπες το... 1783

Σχεδόν 200 χρόνια πριν οι επιστήμονες αποδεχτούν την ύπαρξη των μαύρων τρυπών, ένας Βρετανός κληρικός ονόματι John Michell δημοσίευσε μερικές εκπληκτικά προφητικές ιδέες σχετικά με αυτά τα παράξενα κοσμικά αντικείμενα. Γιατί το έργο του δεν είναι ευρύτερα γνωστό;

Η ύπαρξη των μαύρων τρυπών είναι μια σκέψη που προκαλεί σύγχυση, ιδίως υπό το πρίσμα της ιδέας ότι δισεκατομμύρια από αυτές θα μπορούσαν να κατοικούν το σύμπαν. Για δεκαετίες στον 20ό αιώνα, επιφανείς φυσικοί αρνούνταν να πιστέψουν ότι θα μπορούσαν να είναι πραγματικές, αγνοώντας τι προέβλεπαν τα μαθηματικά. Μεταξύ αυτών των αμφισβητιών ήταν ακόμη και ο Άλμπερτ Αϊνστάιν - του οποίου η δική του θεωρία της γενικής σχετικότητας κατέστησε δυνατές τις μαύρες τρύπες.

Ωστόσο, υπήρχε ένα άτομο που επέδειξε αξιοσημείωτη προνοητικότητα σχετικά με τις μαύρες τρύπες - και μάλιστα πολύ πριν καν γεννηθεί ο Αϊνστάιν. Χρησιμοποιώντας μόνο τους νόμους του Νεύτωνα, ένας ελάχιστα γνωστός Βρετανός κληρικός ονόματι John Michell προέβλεψε αυτά τα αστρονομικά παράξενα αντικείμενα με μερικούς σημαντικούς και εκπληκτικούς τρόπους, ήδη από τον 18ο αιώνα. Ποιος ήταν ο Michell, τι προέβλεψε και γιατί οι ιδέες του ξεχάστηκαν ως επί το πλείστον;

Ο Michell γεννήθηκε το 1724 στο χωριό Eakring της Αγγλίας, γιος του Gilbert Michell, του εφημέριου της ενορίας, και της συζύγου του Obedience Gerrard. Εκπαιδευόμενος στο σπίτι μαζί με τον μικρότερο αδελφό και την αδελφή του, ο Τζον είχε από νωρίς τη φήμη της γρήγορης μάθησης και της οξυδέρκειας. Σύμφωνα με τον ιστορικό Russell McCormmach, ο πατέρας του Gilbert απολάμβανε να αναφέρει έναν οικογενειακό φίλο που περιέγραψε τον John ως «το πιο καθαρό μυαλό που είχε συναντήσει ποτέ». Ο Γκίλμπερτ εκτιμούσε την ανεξαρτησία της σκέψης, περιγράφοντας τον εαυτό του ως «μη προσκολλημένο σε κανένα σώμα ή δόγμα ανθρώπων στον κόσμο». Η οικογένεια ακολουθούσε τον χριστιανισμό του λατινισμού - μια παράδοση που τιμούσε τη λογική έναντι του υπερβολικού δόγματος και η οποία είχε ξεκινήσει από το Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ υπό τον Ισαάκ Νεύτωνα. Έτσι, όταν ήρθε η ώρα να εισαχθεί ο Τζον στο πανεπιστήμιο, πήγε στο Κέιμπριτζ.

Με άφθονες καφετέριες και μια οικεία κοινότητα μόλις 400 φοιτητών, το πανεπιστήμιο ήταν το ιδανικό περιβάλλον για πνευματική συζήτηση. Ο Michell παρέμεινε εκεί για περισσότερα από 20 χρόνια σε διάφορες θέσεις, σπουδάζοντας και διδάσκοντας σε διάφορους κλάδους, όπως εβραϊκά, ελληνικά, αριθμητική, θεολογία και γεωλογία. Ήταν ένας αφοσιωμένος πειραματιστής και, όπως το θέτει ένας άλλος βιογράφος, ο Archibald Geikie, «λάτρης της κατασκευής των δικών του συσκευών... Τα δωμάτιά του στο Queens' [κολέγιο] με όλα τα εργαλεία και τα μηχανήματά του έμοιαζαν μερικές φορές με εργαστήριο». Ήταν επίσης κατά τη διάρκεια των χρόνων του στο Κέιμπριτζ που άρχισε να δείχνει την ικανότητά του για επιστημονική πρόβλεψη.

Το 1750 δημοσίευσε μια εργασία για τον μαγνητισμό, εισάγοντας τουλάχιστον έναν εντελώς νέο νόμο - τον «νόμο του αντίστροφου τετραγώνου» - που προώθησε την εφαρμογή των μαγνητών στη ναυσιπλοΐα. Το 1760, δημοσίευσε μια εργασία σχετικά με τη μηχανική των σεισμών, περιγράφοντας τα στρωματοποιημένα στρώματα της Γης που σήμερα είναι γνωστό ότι αποτελούν τον «φλοιό» της και αποδεικνύοντας πώς οι σεισμοί κινούνται μέσα σε αυτά τα στρώματα με τη μορφή κυμάτων. Έδειξε επίσης έναν τρόπο εκτίμησης του επικέντρου και της εστίας του καταστροφικού σεισμού της Λισαβόνας του 1755 και διερεύνησε την ιδέα ότι οι υποθαλάσσιοι σεισμοί θα μπορούσαν να προκαλέσουν τσουνάμι.

Αφού εγκατέλειψε το Κέιμπριτζ το 1764, παντρεύτηκε τη Σάρα Γουίλιαμσον και μετακόμισε στο Θόρνχιλ του Γιορκσάιρ για να ακολουθήσει τα βήματα του πατέρα του ως εφημέριος της ενορίας. Η Σάρα πέθανε τον επόμενο χρόνο και ο Michell παντρεύτηκε ξανά την Ann Brecknock το 1773. Παράλληλα με το έργο του στην εκκλησία, διατηρούσε αλληλογραφία με διάφορους άλλους φυσικούς φιλοσόφους και διανοούμενους της εποχής, συμπεριλαμβανομένου του Αμερικανού πολυμαθούς Βενιαμίν Φραγκλίνου.

Από την οπτική γωνία του 21ου αιώνα, η ιδέα ότι ένας υπάλληλος της χριστιανικής εκκλησίας βρίσκεται στην καρδιά της επιστημονικής ζωής μπορεί να φαίνεται εκπληκτική. Αλλά, όπως οι περισσότεροι διανοούμενοι του 18ου αιώνα, ο Michell δεν θα έκανε διάκριση μεταξύ θρησκείας και επιστήμης. Η εισαγωγή των τηλεσκοπίων στις αρχές της δεκαετίας του 1600 είχε προκαλέσει μεγάλη φιλοσοφική αναταραχή σε ολόκληρη την Ευρώπη. Η σταθερή, παρατηρήσιμη ιεραρχία της δημιουργίας του Θεού -η Γη και ο ουρανός- είχε ανατραπεί από αυτό που ο ιστορικός της επιστήμης Alexandre Koyré αποκαλεί «αόριστο και ακόμη και άπειρο Σύμπαν», το οποίο έπρεπε να κατανοηθεί μέσω της παρατήρησης «των θεμελιωδών συστατικών και νόμων του». Αλλά για στοχαστές όπως ο Michell, αυτή η επανάσταση δεν εκτόπισε τον Θεό, απλώς ανανέωσε το μυστήριό του: οι υπό διερεύνηση φυσικοί νόμοι εξακολουθούσαν να είναι οι νόμοι του Θεού.

Όπως είχε γράψει ο Νεύτωνας το 1704, «Το καθήκον μας απέναντι στον [Θεό], καθώς και το καθήκον μας ο ένας απέναντι στον άλλον, θα μας φανεί από το φως της Φύσης». Αυτόν τον Νευτώνειο χριστιανισμό ακολούθησε ο Michell. Όπως το θέτει ο McCormmach, «οι αλήθειες της θρησκείας του συμφωνούσαν με τις αλήθειες της φύσης». Έτσι, παράλληλα με τα ενοριακά του καθήκοντα, ο Michell εστίασε σταδιακά την προσοχή του στην κοσμολογία και ειδικότερα στη φύση της βαρύτητας. Αυτός ήταν ο τομέας στον οποίο θα παρήγαγε έργο επαναστατικό και προφητικό, ακόμη και πολύ μετά τον θάνατό του.

Ο Michell κατασκεύασε το δικό του ανακλαστικό τηλεσκόπιο των 3 μέτρων και, το 1767, ήταν ο πρώτος που εφάρμοσε τις νέες μαθηματικές μεθόδους της στατιστικής στη μελέτη των ορατών αστέρων, αποδεικνύοντας ότι σμήνη όπως οι Πλειάδες δεν μπορούσαν να εξηγηθούν με τυχαία κατανομή και έπρεπε να είναι συνέπεια της βαρυτικής έλξης.

Το 1783, ο φίλος του Michell Henry Cavendish του έγραψε αναφέροντας κάποια δυσκολία που αντιμετώπιζε ο Michell με την κατασκευή ενός νέου, ακόμη μεγαλύτερου τηλεσκοπίου. «Αν η υγεία σου δεν σου επιτρέπει να συνεχίσεις με αυτό», έγραψε, “ελπίζω ότι θα σου επιτρέψει τουλάχιστον την ευκολότερη και λιγότερο επίπονη απασχόληση της ζύγισης του κόσμου”. Αυτό ακούγεται σαν αστείο, και ίσως είχε σκοπό να είναι αστείο, αλλά ο Κάβεντις αναφερόταν σε μια πραγματική προσπάθεια.

Ο Michell εργαζόταν πάνω σε μια ζυγαριά στρέψης, μια συσκευή που θα του επέτρεπε να εκτιμήσει την πυκνότητα του πλανήτη Γη μέσω της μέτρησης της βαρυτικής έλξης μεταξύ μολύβδινων βαρών. Ο Michell πέθανε προτού μπορέσει να χρησιμοποιήσει τη συσκευή, αλλά μετά το θάνατό του αυτή πέρασε στον Cavendish, ο οποίος διεξήγαγε το πείραμα το 1797. Υπολόγισε την πυκνότητα της Γης με ακρίβεια 1% της τιμής που είναι σήμερα αποδεκτή. Η ακρίβεια του αποτελέσματος του Cavendish δεν ξεπεράστηκε μέχρι το 1895 και μια παραλλαγή της συσκευής του Michell χρησιμοποιείται ακόμη και σήμερα για τη μέτρηση της βαρυτικής σταθεράς - της ισχύος της βαρυτικής έλξης που λειτουργεί σε όλο το Σύμπαν.

Πρόβλεψη της μαύρης τρύπας

Την ίδια χρονιά με την επιστολή του Cavendish, ο Michell δημοσίευσε μια εργασία που περιείχε μια υπόθεση η οποία, αν και επρόκειτο να αποδειχθεί λιγότερο ανθεκτική επιστημονικά, ήταν ίσως η πιο λαμπρή ως προς την οξυδέρκειά της. Χρησιμοποιώντας τις αρχές του Νεύτωνα, ξεκινούσε εξηγώντας πώς η πυκνότητα των άστρων μπορούσε να διαπιστωθεί παρατηρώντας τον τρόπο με τον οποίο η βαρύτητά τους επηρέαζε άλλα κοντινά σώματα, για παράδειγμα τις τροχιές άλλων άστρων ή κομητών. Στη συνέχεια ο Michell συνέχισε να συζητά πώς η συμπεριφορά του φωτός θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για παρόμοιους σκοπούς:

«Ας υποθέσουμε τώρα ότι τα σωματίδια του φωτός έλκονται με τον ίδιο τρόπο όπως όλα τα άλλα σώματα που γνωρίζουμε... για το οποίο δεν μπορεί να υπάρξει καμία λογική αμφιβολία, αφού η βαρύτητα είναι, απ' όσο γνωρίζουμε ή έχουμε λόγο να πιστεύουμε, ένας παγκόσμιος νόμος της φύσης».

Η σωματιδιακή θεωρία του φωτός είχε προταθεί από τον Ισαάκ Νεύτωνα περίπου 80 χρόνια νωρίτερα και, αν και κανείς δεν είχε καταφέρει να την αποδείξει, παρέμενε η κυρίαρχη πεποίθηση στην εποχή του Michell. Ο Michell εξήγησε πώς η συμπεριφορά του φωτός κάτω από τη βαρύτητα θα μπορούσε να προσφέρει έναν τρόπο υπολογισμού της πυκνότητας των άστρων, τουλάχιστον υποθετικά, ειδικά αν ένα άστρο ήταν «αρκετά μεγάλο ώστε να επηρεάζει αισθητά την ταχύτητα του φωτός που προέρχεται από αυτό». Αν και η τρέχουσα αντίληψη είναι ότι έκανε λάθος σχετικά με την επίδραση της βαρύτητας στην ταχύτητα του φωτός (δεν επιβραδύνεται), ο συλλογισμός του ήταν ορθός.

Με τις ίδιες αρχές, ο Michell συμπέρανε - σωστά αυτή τη φορά - ότι ήταν επίσης δυνατό η βαρύτητα των πιο ογκωδών αστρικών σωμάτων να εξουδετερώνει εντελώς τις δικές τους ακτίνες φωτός. Για να το επιτύχει αυτό ένα άστρο, θα έπρεπε να έχει την ίδια πυκνότητα με τον Ήλιο και περίπου 500 φορές το μέγεθός του. Το φως θα διέφευγε αρχικά από ένα τέτοιο αστέρι, ίσως παίρνοντας το δρόμο του προς τους κοντινούς πλανήτες που βρίσκονται σε τροχιά, αλλά, εξήγησε ο Michell, «θα αναγκάζονταν να επιστρέψει προς αυτό, από τη δική του ίδια τη βαρύτητα».

Εφόσον το φως ενός τέτοιου άστρου δεν θα μπορούσε να φτάσει σε εμάς, «δεν θα μπορούσαμε να έχουμε καμία πληροφορία από την όραση», αλλά θα μπορούσαμε ακόμη να το ανιχνεύσουμε από τις ανωμαλίες στις τροχιές άλλων κοντινών αστρικών σωμάτων που προκαλούνται από τη βαρύτητα του αόρατου άστρου, «οι οποίες δεν θα μπορούσαν εύκολα να εξηγηθούν με οποιαδήποτε άλλη υπόθεση».

Αυτές οι εικασίες, εξήγησε ο Michell, ήταν «κάπως εκτός του παρόντος σκοπού μου», αλλά περιέχουν ίσως την πλησιέστερη προσέγγιση στην ιδέα των μαύρων τρυπών που είναι δυνατή βάσει της Νευτώνειας φυσικής, για να μην αναφέρουμε το περίγραμμα μιας μεθόδου εργασίας για τον εντοπισμό τους. Αρκετές μαύρες τρύπες έχουν εντοπιστεί μέσω των τροχιών γειτονικών αστέρων με τον τρόπο που πρότεινε ο Michell. Μόνο τα τελευταία χρόνια οι τηλεσκοπικές εικόνες επιβεβαίωσαν τις έμμεσες ενδείξεις.

Σύμφωνα με τον McCormmach, η ύπαρξη αόρατων άστρων ήταν μια σχετικά κοινή ιδέα μεταξύ των επιστημόνων της εποχής. Την ίδια χρονιά που ο Michell δημοσίευσε την εργασία του, αρκετοί άλλοι αστρονόμοι αντιστοιχούσαν σε αστέρια που είχαν εκλείψει. Το 1805, ο αστρονόμος Έντουαρντ Πίγκοτ δημοσίευσε μια εργασία που υποδήλωνε την πιθανότητα ύπαρξης άστρων «που δεν έδειξαν ποτέ μια αναλαμπή φωτεινότητας». Αν και ο πραγματικός αριθμός τους δεν θα μπορούσε ποτέ να γίνει γνωστός, «θα ήταν τότε πολύ τολμηρό ή οραματικό να υποθέσουμε ότι ο αριθμός τους είναι ίσος με εκείνους που είναι προικισμένοι με φως;» αναρωτήθηκε. Στη Γαλλία, ο πολυμαθής Pierre-Simon Laplaceπροώθησε την ιδέα των σκοτεινών αστέρων ανεξάρτητα από τον Michell στα τέλη της δεκαετίας του 1790.

Λίγο αργότερα, ωστόσο, νέα πειράματα ενίσχυσαν την ιδέα ότι το φως αποτελείται από κύματα και όχι από σωματίδια μάζας και η πρόταση ότι θα μπορούσε να παραμορφωθεί ή να παγιδευτεί από τη βαρύτητα άρχισε να βγαίνει από τη μόδα. Το αστρονομικό έργο του Michell έπεσε στην αφάνεια και ανακαλύφθηκε εκ νέου μόνο κατά το δεύτερο μισό του 20ού αιώνα.

Στο βιβλίο του Black Holes and Time Warps του 1994, ο φυσικός Kip Thorne περιγράφει την «έντονη αντίθεση» μεταξύ του ενθουσιασμού με τον οποίο ο Michell και οι σύγχρονοί του αγκάλιασαν την ιδέα των βαρυτικά αόρατων άστρων και της «ευρέως διαδεδομένης και σχεδόν καθολικής αντίστασης του 20ου αιώνα στις μαύρες τρύπες». Η κρίσιμη διαφορά, καταλήγει, είναι ότι τα σκοτεινά αστέρια του Michell, αν και εξωτικά, «δεν αποτελούσαν απειλή για οποιαδήποτε αγαπημένη πεποίθηση για τη φύση», και καμία πρόκληση για «τη μονιμότητα και τη σταθερότητα της ύλης». Όπως επισημαίνει ο McCormmach, οι σύγχρονες μαύρες τρύπες, αντίθετα, είναι ακριβώς αυτό: «μια διάτρηση του χωροχρόνου, ένα άπειρο πηγάδι από το οποίο τίποτα δεν μπορεί να ξεφύγει». Παρά ταύτα, ο McCormach εικάζει ότι ο Michell, «ο οποίος αναγνώριζε “την άπειρη ποικιλία που συναντάμε στα έργα της δημιουργίας”, δεν θα είχε κανένα πρόβλημα με τις δικές μας μαύρες τρύπες». Δεν υπάρχει τρόπος να ελεγχθεί αυτός ο ισχυρισμός, αλλά, δεδομένης της εξαιρετικής επιστημονικής φαντασίας του Michell, καθώς και της προσήλωσής του στη νευτώνεια παράδοση της λογικής, φαίνεται ελκυστικός.

Ο Michell πέθανε στις 21 Απριλίου 1793 σε ηλικία 68 ετών, έχοντας παραμείνει πρύτανης στο Thornhill μέχρι τέλους. Άλλοι διανοούμενοι της εποχής του ήταν -και είναι- πολύ πιο γνωστοί. Δημοσίευαν συχνότερα και για θέματα που ήταν πιο δημοφιλή. Ο Michell, αντίθετα, ακολουθούσε τη μύτη του. Σύμφωνα με τα λόγια του McCormmach, «ασχολήθηκε με επιστημονικά προβλήματα όπως τον ενδιέφεραν, σε όποιο πεδίο και αν ανήκε, και τα συνέχισε όσο ήθελε και όχι περισσότερο- και δημοσίευσε το έργο του εάν και όταν ήθελε, και μόνο όταν ήταν πλήρως ικανοποιημένος από αυτό». Αυτό εξηγεί σε κάποιο βαθμό την αφάνεια που έμεινε μετά θάνατον - θυσίασε την απήχηση και τη φήμη στο όνομα της πνευματικής ελευθερίας.

Όπως είχε παρατηρήσει ο Αλεξανδρινός αστρονόμος Ibn al-Haytham 700 χρόνια πριν από τον Νεύτωνα, ο «αναζητητής της αλήθειας» δεν είναι εκείνος που εμπιστεύεται τις αρχές, «αλλά μάλλον εκείνος που υποψιάζεται την πίστη του σε αυτές... εκείνος που υποτάσσεται σε επιχειρήματα και αποδείξεις». Ακολουθώντας αυτή την παράδοση, ο Michell, όπως και ο πατέρας του, ήταν αυτοδίδακτος, προστατεύοντας την επιστημονική του ακεραιότητα παραμένοντας αδέσμευτος σε οποιοδήποτε «σώμα ή δόγμα ανθρώπων».

Η ανεξαρτησία του Michell του επέτρεψε μια άλλη ελευθερία απαραίτητη για την πρωτότυπη σκέψη: τη φαντασία. Σύμφωνα με τον McCormmach, επέλεξε την αστρονομία ειδικά επειδή προσέφερε νέες προοπτικές για τη θεωρία. Στο πάθος του για επιστημονική φαντασία, ο Michell πρόλαβε τη δημιουργικότητα των θεωρητικών φυσικών σήμερα. Όπως το έθεσε ο Αϊνστάιν το 1929, «η φαντασία περιβάλλει τον κόσμο».