Egy plébános százharminc évvel Einstein előtt megjósolta a fekete lyukakat

Ha még nem hallott John Michellről, az azért lehet, mert ő egy méltatlanul elfeledett XVIII. századi természettudós. Korát megelőző tudományos eredményei és többszörös elfeledettsége okán mindenképpen dobogós helyezést érdemel a méltatlanul elfeledett tudósok toplistáján. Michell nemcsak a fizika, de a geológia és a kémia terén is olyan dolgokat ismert fel, amiknek a felfedezését máig más tudósoknak tulajdonítjuk.

Magáról John Michellről keveset tudunk. 1724-ben született a nottinghamshire-i Eakringben. Apja, Gilbert anglikán pap és plébános volt, anyja, Obedience eredetileg Londonból származott. 1742 nyarán a Cambridge-i Egyetem ösztöndíj nélküli, fizető hallgatója lett. A hiányos iratokból kiderül, hogy 1749-ben negyedik helyezést ért el az egyetem matematikaversenyén, és valószínűleg ugyanebben az évben matematikai diplomát kapott. A időközben eltelt hét évet nem töltötte végig az egyetemen, aminek feltételezhetően anyagi okai voltak.

Mivel a cambridge-i Queens’ College ösztöndíjának feltétele az anglikán egyházban vállalt tisztség volt, Michellt diakónussá szentelték, és 1749-ben a felvették a Queens’ College-ba.

Michell a következő évben publikálta első jelentős tudományos munkáját a mágnesessségről, ami adatok és metodológia hiányában nem kapott nagy visszhangot, viszont elsőként írta le az inverz négyzetes törvényt, hogy a mágneses erő fordítottan arányos a távolság négyzetével. Ezt ma Charles-Augustin de Coulomb felfedezéseként ismerjük, bár Coulomb évtizedekkel később, 1780-ban publikált erről.

Michell a tudományos fokozatai mellett plébános is lett, és 1760-ban megkapta a cambridge-i St. Botolph-plébániát. Ugyanebben az évben a Royal Society tagjává választották, ahol az 1755-ös lisszaboni földrengésről tartott előadást: elsőként írta le, hogy a földrengések hullámszerűen terjednek, és nemcsak képes volt megbecsülni a földmozgás epicentrumát, de törésvonalak létezésére is következtetett.

Kettős csillagok

Ebből az időből maradt fenn róla egy rövid jellemzés kollégája, William Cole leírásából:

John Michell, BD egy kis alacsony ember, fekete és kövér; mivel nem ismerem, nem sokat mondhatok róla. Azt hiszem, a St. Botolph-templom plébánosa, a Queens’ College tagja, ahol nagyra becsült, okos ember és kiváló filozófus. Mágnesekről, elektromosságról és effélékről publikált.

1767-ben újabb fontos tanulmányt publikált „Az állócsillagok valószínű parallaxisának és nagyságának vizsgálata az általuk kibocsátott fény mennyisége és helyzetük sajátos körülményei alapján” címmel. Ebben Michell, abból kiindulva, hogy sok csillag fényessége azonos a Szaturnuszéval, aminek a távolságát a Vénusz 1761-es átvonulásakor számíották ki, megpróbálta kiszámolni, hogy milyen távol lehet egy csillag, ha ugyanolyan fényes, mint a Szaturnusz.

A tanulmány második részében Michell azt a kérdést elemzi, hogy az akkoriban felfedezett, két vagy több csillagból álló rendszerek valóban egymás közelében, egymással fizikai kapcsolatban álló csillagokat takarnak-e. A tudós itt statisztikai úton bizonyította, hogy mivel elenyésző az esélye, hogy minden csillag önálló rendszert képez, valószínűbb, hogy gyakoriak a kettős csillagok, és a megfigyeltek közül is több ilyen van. William Herschel több mint egy évtizeddel később közölte kettős csillagrendszerekről szóló kutatását, de mindez semmi ahhoz képest, ami ezután következett.

A sötét csillag

Newton munkái nyomán ekkor már ismert volt, hogy egy égitest gravitációja a tömegétől függ, és hogy a gravitációs erőt a sebesség változásaként lehet kifejezni, mondjuk méter per szekundumban. Newton felfedezte, hogy a gravitációs erőt ebből következően legyőzheti az a tárgy (például ágyúgolyó), ami eléri az ehhez szükséges sebességet – ezt nevezte szökési sebességnek.

1676-ban Ole Rømer dán csillagász a Jupiter holdja, az Io mozgásából elsőként kiszámította a fény sebességét.

Michell kötötte össze először a két dolgot. Elsősorban az érdekelte, hogy a fényéből kiszámítható-e egy csillag tömege. Newton után úgy vélte, hogy a fény részecskékből áll, amelyekre hat a gravitáció, Michell ezért feltételezte, hogy a csillag tömege kiszámítható abból, hogy mennyire lassítja le a belőle származó fényt.

A tudós 1783-as előadásában tárta megállapításait a Royal Society elé:

Ha a Nappal azonos sűrűségű gömböt veszünk, amelynek félátmérője egy az ötszázhoz aránylik, és feltételezzük, hogy a fényre ugyanúgy az égitestek tömegével arányos erő hat, minden ilyen égitest kibocsátott fényét visszafordítja a saját gravitációja.

Michell nem csak leírta a fekete lyukakat, de látva, hogy egy ilyen sötét csillagot távcsővel lehetetlen felismerni, azt javasolta, hogy közvetett úton keressék meg őket, olyan csillagokat keresve, amelyek kettős rendszer tagjaként viselkednek.

Tizenhárom évvel később, 1796-ban Pierre-Simon de Laplace francia csillagász ugyancsak közölt a klasszikus newtoni fizika alapján egy elméletet a „láthatatlan csillagokról”. Michell 1793-ban halt meg, de már ekkorra maradéktalanul elfelejtették. Ezért amikor 1799-ben a holland Christiaan Huygens felfedezte, hogy a fény egy hullám, amire nem hat a gravitáció, Laplace elmélete bukott meg, bár a francia polihisztor hírét ez lényegesen nem csorbította.

A sötét csillag akkor bújt újból elő a feledés leple alól, amikor Albert Einstein általános relativitáselméletének megjelenése idején, 1915-ben Karl Schwarschild leírta azokat az égitesteket, amelyekből a téridő görbülete miatt nem léphet ki a fény. John Michell elmélete nem csak 130 évvel előzte meg korát, de mivel a fekete lyukak továbbra sem láthatók, máig az általa javasolt közvetett módszerrel fedezik fel őket.