Sončni mrk je eden najlepših nebesnih pojavov. Pred dobrimi sto leti pa je prav popolni sončni mrk odigral pomembno vlogo tudi v eni najbolj zanimivih zgodb v zgodovini fizike in razumevanja vesolja.
Začela se je leta 1905, ko je Albert Einstein objavil posebno teorijo relativnosti. Tri leta pozneje je njegov nekdanji učitelj Hermann Minkowski prostor in čas združil v štiridimenzionalni prostor-čas ter odprl pot nadaljnjemu razvoju teorije. Leta 1915 je sledila splošna teorija relativnosti, ki je gravitacijo opisala kot ukrivljenost prostor-časa. Na podlagi teh enačb je Einstein lahko izračunal pravilno gibanje planeta Merkurja. Z Newtonovo mehaniko Merkurjeve počasne precesije ni bilo mogoče razložiti.
Le dober mesec pozneje je Karl Schwarzschild našel prvo natančno rešitev Einsteinovih enačb, znamenito Schwarzschildovo metriko, ki je pozneje postala temelj za opis črnih lukenj. Schwarzschild je svojo rešitev našel med prvo svetovno vojno, ko je služil na ruski fronti. Med služenjem je hudo zbolel in maja 1916, le nekaj mesecev po objavi svoje rešitve, umrl, star komaj 42 let. Žal ni dočakal niti sončnega mrka in potrditve Einsteinove napovedi niti poznejšega razvoja ideje črnih lukenj.
Ilustracija: Gorazd Vahen, Založba Kalejdoskop
Einsteinova teorija je napovedala nekaj osupljivega: velike mase ukrivljajo pot svetlobe. Da bi to napoved lahko preverili, so morali znanstveniki počakati na primeren popolni sončni mrk. Le med popolnim sončnim mrkom lahko opazujemo svetlobo oddaljenih zvezd, ki potuje tik ob Soncu. Einsteinova teorija je napovedala, da Sončeva masa ukrivi prostor in s tem tudi pot svetlobe, zato so zvezde v njegovi bližini z Zemlje videti rahlo premaknjene. Ker je ta odklon zelo majhen, ga lahko zaznamo le pri svetlobi, ki potuje zelo blizu Sonca. Ker jih sicer preglasi Sončeva svetloba, je prav popolni mrk ponudil edinstveno priložnost za preverjanje te napovedi. Prva priložnost je prišla 29. maja 1919. Arthur Stanley Eddington, angleški astronom, fizik in matematik, je že leta 1915 spoznal Einsteinovo splošno teorijo relativnosti in je bil eden prvih fizikov, ki so prepoznali njen pomen. Kljub divjanju prve svetovne vojne je Eddington sledil delu svojih nemških »kolegov«. Bil je navdušen nad Einsteinovo teorijo in je razmišljal o preizkusu njene veljavnosti. V ta namen je organiziral odpravo na otok Principe v Gvinejskem zalivu in med mrkom fotografiral zvezde v bližini Sonca. Meritve so podprle Einsteinovo napoved o ukrivljanju svetlobe in zgodba o splošni teoriji relativnosti se je lahko nadaljevala.
Leta 1935 sta bila objavljena znamenita članka EPR (Einstein-Podolski-Rosen) in Einstein–Rosenov most, pri katerem sta Einstein in Rosen z uporabo Schwarzschildove metrike prišla do mostu, ki bi lahko bil prehodna črvina. In odprla se je pot znanstveni fantastiki. Einstein in Rosen sta malo spremenila enote (G = 1; c = 1; M = m) in za novo spremenljivko izbrala u2 = r – 2m, s tem pa se nam je prikazala čisto drugačna slika črne luknje. Sfera, ki obdaja črno luknjo, se je spremenila v hiperravnino, ki prostor razdeli na dva dela. Ko fiziki opazujejo, kaj se dogaja v črni luknji, jih bega tista druga singularnost v sredini črne luknje, ko je r enak 0. Vidimo, da se pri novi izbiri spremenljivk črna luknja spremeni v »polovico štiridimenzionalnega prostora«, ki je od druge polovice ločen s hiperravnino. Ne gre več za singularnost, ko je r enak 0. Ta druga polovica prostora se razteza v navidezno neskončnost. Vse, kar je v notranjosti črne luknje, je zelo oddaljeno od središča.
Trideset let pozneje, leta 1965, je Roger Penrose v članku Gravitational Collapse and Space-Time Singularities pokazal, da singularnosti pri gravitacijskem kolapsu niso le nenavadna posebnost idealiziranih rešitev Einsteinovih enačb.
Nato so znanstveniki leta 1998 z opazovanjem oddaljenih supernov odkrili, da se širjenje vesolja pospešuje. Kozmološka konstanta Λ, ki jo je Einstein uvedel že leta 1917, je dobila nov pomen.
Leta 2019, več kot stoletje po Einsteinovi splošni teoriji relativnosti in Schwarzschildovi rešitvi, je svet prvič zagledal senco črne luknje M87*. Nekaj, kar je desetletja obstajalo predvsem v enačbah in teoriji, je dobilo svojo osupljivo podobo.
V knjigi Teorija vsega, Evolucija vesolja, se avtor Darko Šifrer vrača k Schwarzschildovi metriki in temeljem, na katerih sloni – od Pitagore pa vse do Einsteinove splošne teorije relativnosti. Na tej poti razkrije presenetljiv pogled na vprašanja o nastanku in evoluciji vesolja onkraj dogodkovnega horizonta. Matematično vesolje je prostor neskončnih možnosti. Tam se predstava nadaljuje v svojih brezmejnih razsežnostih.
Več o tem pa si lahko preberete v knjigi Teorija vsega, Evolucija vesolja, Založba Kalejdoskop, Ljubljana, 2025.