Wenn Sie noch nie von John Michell gehört haben, sind Sie nicht allein. Dieser Naturphilosoph aus dem 18. Jahrhundert wird von einigen als einer der am meisten unterschätzten Köpfe der wissenschaftlichen Revolution beschrieben.
In Bezug auf Bereiche wie Geologie und Chemie hat Michell in neuerer Zeit den Titel Vater der Seismologie erhaltenund Magnetometrie, aber seine Leistungen hören hier nicht auf.
Vielleicht am unglaublichsten, Michell ist der erste Mensch, der jemals bekannt ist, dass er die Verbindung zwischen Schwerkraft, Fluchtgeschwindigkeit und Licht herstellt, die zur Entstehung von Schwarzen Löchern führt. Tatsächlich hat Mitchell die Existenz von Schwarzen Löchern mehr als 130 Jahre vorhergesagtbevor Karl Schwarzschild ihre Existenz mit herleitete Albert Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie 1916.
Das wenig bekannte Leben von John Michell
Wir können leider nicht viel über John Michells Leben sagen. Das wissen wirer wurde 1724 in Eakring geboren in Nottinghamshire. Wir wissen auch, dass er nicht aus einer wohlhabenden Familie stammte; sein Vater Gilbert war Rektor, und von seiner Mutter Obedience wissen wir nur, dass sie ursprünglich aus London stammte.
Michell trat im Juni 1742 als Rentner in die Cambridge University ein, was bedeutete, dass er kein Stipendium hatte, um sich zu bezahlen, und dass er selbst für die Zahlung von Studiengebühren, Unterkunft und Verpflegung verantwortlich war.
Es gibt keine genauen Aufzeichnungen über seinen Abschluss, aber er erreichte Anfang 1749 den 4. Gesamtrang bei den Mathematikprüfungen der Universität und wurde wahrscheinlich im Februar desselben Jahres mit einem BA in Mathematik ausgezeichnet.
Die Zeitspanne zwischen seiner Zulassung und seinem Abschluss deutet darauf hin, dass er nicht alle sieben Jahre in Cambridge verbracht hat, was angesichts seines familiären Hintergrunds eine Frage der Finanzierung gewesen sein könnte.
Eine Bedingung, um ein Stipendium am Queens' College in Cambridge zu erhalten, war die Annahme von Weihen in der Anglikanischen Kirche, was Michell tat und im Februar 1749 zum Diakon ordiniert wurde. Er wurde dann im März zum Fellow des Queens' College gewählt30, 1749.
John Michells akademische Laufbahn
Michells erstes Hauptwerk kam im folgenden Jahr in einer Zeitung mit dem Titel "Eine Abhandlung über künstliche Magnete", die als erste das inverse quadratische Gesetz der magnetischen Anziehung richtig identifizierte.
Es identifizierte auch korrekt, wie die richtigen Positionen der Magnetpole gemessen werden, aber seine Entdeckungen erregten damals wenig Aufmerksamkeit, möglicherweise weil er seine Daten oder Methodik in der Arbeit nicht vollständig beschrieb.
Charles-Augustin de Coulomb wird in der Regel für die Identifizierung des inversen Quadratgesetzes der magnetischen Wirkung zugeschrieben, obwohl seine Arbeit in den 1780er Jahren veröffentlicht wurde. Es wäre nicht das erste Mal, dass Michell übersehen wurde.
Michell erhielt 1752 einen MA und später einen BD im Jahr 1761, laut Aufzeichnungen von Cambridge. Dieser letztere Grad der Göttlichkeit war eine übliche Voraussetzung für die Aufrechterhaltung einer Fellowship, aber er brachte einige Vorteile mit sich, wie zum Beispiel eine lebenslange Ernennung zum Rektor indie Kirche, die Michell 1760 in der Pfarrei St. Botolph in Cambridge geschenkt wurde.
Michell wurde im selben Jahr auch in die Royal Society gewählt, und aus ungefähr dieser Zeit erhalten wir die einzige wirkliche Beschreibung von Michell in den historischen Aufzeichnungen von William Cole, der über ihn schrieb:
John Michell, BD ist ein kleiner kleiner Mann mit schwarzem Teint und dick; aber da er keine Bekanntschaft mit ihm hat, kann er wenig über ihn sagen. Ich glaube, er hatte die Pflege der St. Botolph's Church, während er Fellow of Queen's warCollege, wo er als sehr genialer Mann und ausgezeichneter Philosoph geschätzt wurde. Er hat auf diese Weise einige Dinge über den Magneten und die Elektrizität veröffentlicht.
Auch 1760 las Michell ein Papier an die Royal Society zu einer Analyse der Lissabon-Erdbeben von 1755. Obwohl seine Theorie der Ursache des Bebens einer Dampfexplosion falsch war, war er der erste, der richtig beobachtete, dass sich Erdbeben als Wellen ausbreiteten, und er war in der Lage, den Ort des Epizentrums des Erdbebens abzuschätzendiskutierte auch verschiedene geologische Schichten, die seinen eigenen persönlichen Beobachtungen entnommen waren, und er bemerkte die Existenz von Fehlerzeilen.
Michell kletterte in den nächsten Jahren die akademische Leiter in Cambridge weiter, während dieser Zeit heiratete er seine erste Frau und bekam sein einziges Kind, Mary. Seine Frau starb kurz nach der Geburt ihrer Tochter im September 1765.
Kurz darauf, im Jahr 1767, veröffentlichte Michell eines seiner wichtigsten Werke, "An Inquiry into the Probable Parallax, and Magnitude of the Fixed Stars, from the Quantity of Light What They Afford us, and the Particular"Umstände ihrer Situation."
In ihm weist Michell darauf hin, wie viele Sterne die gleiche Leuchtkraft zu haben scheinen wie der Planet Saturn, dessen ungefähre Entfernung aufgrund der anfänglichen Berechnungen der Sonnenparallaxe während des Venustransits im Jahr 1761 bekannt war.
Mit diesen Informationen machte sich Michell daran, herauszufinden, wie weit ein Stern entfernt sein muss, um so hell wie Saturn zu erscheinen. Dies war der erste echte Versuch, die Entfernung der Sterne am Himmel zu berechnen, und seine Berechnung war nurum den Faktor 4, was für die damalige Zeit eine unglaubliche Leistung ist.
Im zweiten Teil dieses Aufsatzes verfolgte Michell den damals neuartigen Ansatz, statistische Analysen auf die Frage anzuwenden, ob von Astronomen beobachtete Doppelstern- oder Mehrsternsysteme tatsächlich physikalisch nahe beieinander liegen oder nur so aussahenaufgrund der Parallaxenwirkung.
Michell zeigte, dass die Wahrscheinlichkeit, dass alle Sterne am Himmel Einzelsternsysteme sind, so gering ist, dass man sie verwerfen kann. Er sagte auch voraus, dass es am Himmel viel mehr Mehrsternsysteme geben würde, als bis dahin beobachtet worden warenPunkt, basierend auf seinen Berechnungen.
Dies ging mehr als ein Jahrzehnt vor William Herschels Veröffentlichung von Beobachtungen von Doppelsternsystemen und, während Herschels Arbeit an sich wichtig war, seineVeröffentlichungen aktueller Doppelsternbeobachtungen hat auch Michells frühere Arbeiten völlig in den Schatten gestellt.
Aber Michells unglaublichste Vorhersage, eine, die mehr als ein Jahrhundert lang uneingestanden schmachten würde, sollte noch kommen.
Newtons Gravitationsgesetze
WannIsaac Newton veröffentlichte seine Naturalis Principia Mathematica1687 löste es buchstäblich eine Revolution im Studium der Astronomie sowie vieler anderer physikalischer Wissenschaften aus.
Die klassische Mechanik war etwas mehr als zwei Jahrhunderte lang das vorherrschende Modell für die Ordnung des Universums, bis Einsteins Relativitätstheorie sie 1916 verdrängte, und selbst dann nicht vollständig.
Eine der grundlegenden Entdeckungen von Newton war, dass die Anziehungskraft eines Objekts direkt von seiner Masse abhängt und dass dieses Maß der Anziehungskraft in Form bekannter Geschwindigkeitsmaße z. B. Meter pro Sekunde ausgedrückt werden kann.
Newton hat insbesondere entdeckt, dass die Anziehungskraft eines Objekts wie der Erde als Fluchtgeschwindigkeit ausgedrückt werden kann, die ein zweites Objekt, wie eine Kanonenkugel, erreichen müsste, um seiner Anziehungskraft zu entkommen.
Bis 1676 die Frage nach der Geschwindigkeitdes Lichts war ausreichend besiedelt von die Arbeit von Ole Rømer, der die ersten quantitativen Messungen der Lichtgeschwindigkeit durchführte. Er demonstrierte, dass sich Licht mit einer endlichen, messbaren Geschwindigkeit ausbreitete und dann mit 131.000 Meilen pro Sekunde berechnet wurde die wahre Geschwindigkeit beträgt 186.000 Meilen pro Sekunde, aber Rømer arbeitete mit unvollkommenenDaten bei seiner Berechnung 131.000 mi/s = 210.800 km/s und 186.000 mi = ~300.000 km/s.
Angesichts dessen, was damals bekannt war, ist es etwas überraschend, dass es so lange dauern würde, bis jemand die Verbindung zwischen der Lichtgeschwindigkeit und der Fluchtgeschwindigkeit eines ausreichend massereichen Objekts im Weltraum herstellte. Aber wenn diese Verbindung war gemacht, es wurde nicht von Einstein oder Schwarzschild gemacht, sondern von dem bescheidenen Landrektor Michell im Jahr 1787.
Dunkle Sterne
Aufgewachsen in der Generation nach dem Tod von Newton, waren John Michell und seine Zeitgenossen mehr in das Werk des großen Genies eingetaucht als jeder andere.
Newton gab der Welt einen völlig neuen Weg, das Universum zu verstehen, daher suchten viele Wissenschaftler dieser Ära verständlicherweise nach Bereichen, in denen sie dieses neue Verständnis anwenden und neue Entdeckungen machen konnten.
Michell war seinerseits daran interessiert zu wissen, ob man das Licht eines Sterns verwenden kann, um seine Masse zu bestimmen. Er interessierte sich besonders für Newtons Korpuskulartheorie des Lichts, die Idee, dass Licht aus Korpuskeln "kleine Teilchen" besteht mit endlicher Geschwindigkeit unterwegs und das hatte Schwung.
Dieses letztgenannte Merkmal implizierte, dass Licht von der Anziehungskraft eines Objekts ebenso leicht wie eines Planeten beeinflusst werden sollte, was Michell zu nutzen glaubte, um die Masse eines Sterns zu berechnen, indem er misst, wie stark es das von ihm ausgehende Licht verlangsamt..
Mitchell hat diese Idee in untersucht sein Papier, "Über die Mittel zur Entdeckung der Entfernung, Größe usw. der Fixsterne in Folge der Verringerung der Geschwindigkeit ihres Lichts", die der Royal Society 1783 vorgelesen wurde.
Und während die Idee, dass ein ausreichend massereicher Stern das Licht verlangsamt, nicht richtig ist mehr dazu gleich, erweist sich eine radikalere Implikation seiner Idee als viel vorausschauender.
In seiner Arbeit beschrieb Michell einen Körper, dessen Masse so groß und damit seine Anziehungskraft so extrem war, dass seine Fluchtgeschwindigkeit die Lichtgeschwindigkeit selbst überstieg.
"Wenn der Halbdurchmesser einer Kugel mit der gleichen Dichte wie die Sonne im Verhältnis von fünfhundert zu eins steht", schrieb Michell, "und unter der Annahme, dass Licht von derselben Kraft im Verhältnis zu seiner [Masse]bei anderen Körpern würde alles Licht, das von einem solchen Körper emittiert wird, durch seine eigene Schwerkraft zu ihm zurückkehren."
Michell erkannte, dass ein solcher "dunkler Stern" Michell benennt das von ihm beschriebene Objekt nie wirklich, der Begriff "dunkler Stern" wurde von späteren Autoren darauf verwendet für jeden Astronomen unmöglich sein, seit dem Licht direkt zu sehenes aussendete, konnte seiner Anziehungskraft niemals entkommen.
Wenn das alles bekannt vorkommt, liegt es daran, dass Michell über das definierende Merkmal von a spricht schwarzes Loch.
Noch bemerkenswerter, Michell fuhr fort, zu beschreiben, wie Astronomen solche Objekte im Weltraum entdecken könnten, indem sie nach einzelnen Sternen suchen, die sich verhalten, als wären sie Teil eines Doppelsternsystems.
"Wenn sich zufällig noch andere leuchtende Körper um sie drehen sollten", schrieb Michell, "könnten wir vielleicht aus den Bewegungen dieser sich drehenden Körper mit einiger Wahrscheinlichkeit auf die Existenz der zentralen schließen, da dies einen Hinweis geben könnteauf einige der scheinbaren Unregelmäßigkeiten der sich drehenden Körper, die mit keiner anderen Hypothese leicht zu erklären wären."
Diese Vorhersage erwies sich auch als ihrer Zeit weit voraus, da dies eine Schlüsseltechnik bleibt, die Astronomen heute verwenden, wenn sie nach Schwarzen Löchern suchen.
Warum haben sich Dark Stars nicht durchgesetzt?
Obwohl John Michell Schwarze Löcher genau vorhergesagt haben könnte, würden sich die Mittel, mit denen er dorthin gelangte, als schädlich erweisen. Newtons Korpuskulartheorie des Lichts wurde durch die Wellentheorie des Lichts ersetzt, die 1799 vom niederländischen Physiker Christiaan Huygens vorgeschlagen wurde und dieses Licht behauptetenicht mit einem Gravitationsfeld interagiert.
Ein dunkler Stern kann nicht existieren, wenn Licht nicht mit einem Gravitationsfeld interagiert. Hätte Michells Arbeit also bis zum 19. Jahrhundert wirkliche Aufmerksamkeit erhalten, wäre er abgeschrieben worden.
Zu diesem Zeitpunkt hatte jedoch auch ein französischer Astronom namens Pierre-Simon de Laplace 1796 eine Theorie über solche "unsichtbaren Sterne" veröffentlicht, die ebenfalls auf der klassischen Mechanik Newtons beruhte.
Als besonders angesehener Astronom in Frankreich würde seine Arbeit die von Michell in den Schatten stellen, keine Überraschung, aber zumindest, als die Leute die Idee von dunklen Sternen ablehnten, lehnten sie stattdessen Laplaces Arbeit ab.
Michells Arbeit litt auch unter seinem Desinteresse, es zu fördern oder seine Ansprüche auf die von ihm gemachten Entdeckungen zu verteidigen. Die Geschichte der Wissenschaft ist ein erschreckend böses Geschäft voller bittere Fehden und Rivalitäten.
Die meisten davon entsprangen direkt konkurrierenden Behauptungen über die erste Entdeckung, so dass man Michells Desinteresse an Kämpfen mit anderen Wissenschaftlern verzeihen könnte. Dennoch erinnert sich die Geschichte an die Sieger dieser Kämpfe und neigt dazu, diejenigen zu vergessen, die sich dafür entscheiden, überhaupt nicht zu kämpfen.
John Michells dunkler Stern bestätigt?
Die Wellentheorie des Lichts mag dunkle Sterne im 19.
Die Entdeckung, dass die Gravitation keine Kraft ist, sondern das Ergebnis der Wechselwirkung von Materie und Energie mit der Krümmung im durch Masse geschaffenen Gefüge der Raumzeit, war aus vielen Gründen revolutionär, unter anderem, weil sie der Wellentheorie ein Ende bereiteteaus Licht.
Die Lichtgeschwindigkeit kann unabhängig von einem Gravitationsfeld konstant sein, aber sie wird immer noch absolut von der Krümmung der Raumzeit beeinflusst.
Und Swartzchild folgerte 1916, dass, wenn ein Objekt mit extremer Dichte die Raumzeit genügend krümmt, die Fluchtgeschwindigkeit, die benötigt wird, um aus seiner Schwerkraft zu steigen, die Lichtgeschwindigkeit überschreiten könnteDer Raum um diese Schwarzen Löcher würde das Licht immer noch nach innen biegen und es nach unten ziehen wie Wasser, das einen Abfluss umkreist.
Obwohl Schwarzschild die erste Beschreibung eines Schwarzen Lochs zugeschrieben wird, kam er effektiv zu derselben natürlichen Schlussfolgerung, zu der Michell mehr als ein Jahrhundert zuvor gekommen war, jedoch unter Verwendung des genaueren Modells des Universums, das von der Allgemeinen Relativitätstheorie bereitgestellt wurde.
Michells dunkler Stern unterscheidet sich jedoch in einem wesentlichen Punkt von Schwarzschilds schwarzen Löchern. Während schwarze Löcher massereiche Objekte sind, die auf einen unendlich dichten Punkt komprimiert sind, sind Michells dunkle Sterne unglaublich groß – etwa 500-mal die Masse der Sonne oder mehr, vorausgesetztbeide haben die gleiche durchschnittliche Dichte.
Es ist kein solcher Stern bekannt, und selbst wenn er es täte, würde er immer noch keinen Ereignishorizont entwickeln, der das Licht für immer einfangen würde. Um einen Ereignishorizont zu bilden, müsste eine Masse unter das sogenannteSchwarzschildradius, was kein Merkmal von Michells dunklen Sternen ist, wie er sie beschrieb.
Letztendlich könnten die von Michell beschriebenen dunklen Sterne nur existieren, wenn Newtons Theorien korrekt waren, was sie letztendlich nicht waren, aber Michells Argumentation ist immer noch solide.
In jüngerer Zeit hat die Idee eines "dunklen Sterns" etwas wie eine Wiederbelebung erlebt. Einige Physiker argumentieren, dass die Idee einer Singularität im Zentrum eines Schwarzen Lochs – ein Ort, an dem seine Dichte und damit die Krümmung der Raumzeit herumes wird unendlich – ist unmöglich.
Stattdessen glauben sie, dass Materie in einem Schwarzen Loch zu einem "Planck-Kern" komprimiert wird, der nach der Planck-Länge benannt ist, die als kleinstmögliche messbare Längeneinheit gilt.
In diesem Modell eines schwarzen Lochs ohne Singularität könnte die gesamte Masse eines Sterns auf etwa ein Billionstel der Größe eines Protons komprimiert werden, aber dies gibt Ihnen immer noch eine messbare Dichte, keine unendliche.
Dieses Modell impliziert also, dass es einen mathematischen "Boden" eines Schwarzen Lochs gibt, und in der Mitte davon sitzt ein dunkler Stern. Da wir keine Möglichkeit kennen, hinter den Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs oder eines dunklen Sterns, falls dies der Fall ist zu blicken, werden wir wahrscheinlich sowieso nie eine endgültige Antwort haben.
Obwohl dies nicht genau das ist, was John Michell 1783 vorgeschlagen hat, ist es auch nicht viel anders. Anstelle von Masse und Korpuskeln haben Sie es mit Dichte und Krümmung zu tun, um zum gleichen praktischen Zustand einer Fluchtgeschwindigkeit zu kommendas die Lichtgeschwindigkeit überschreitet.
Dafür erhält John Michell allmählich Anerkennung für seine Arbeit. Seine Arbeit wurde in den 1970er Jahren wiederentdeckt und heute wird er viel mehr als der Erste angesehen, der die Existenz von Schwarzen Löchern vorhersagte, und gilt allgemein als einer derdie großen Geister des 18. Jahrhunderts.
"Als John Michell 1783 von Schwarzen Löchern erfand, waren nur sehr wenige Wissenschaftler auf der Welt mental ausgestattet, um zu verstehen, wovon er sprach", der Amerikanisches Museum für Naturgeschichte als Teil seiner Cosmic Horizons-Sammlung geschrieben.
Ähnlich schrieb die American Physical Society, John Michell sei "ein Mann, der seinen wissenschaftlichen Zeitgenossen so weit voraus war, dass seine Ideen in Vergessenheit gerieten, bis sie mehr als ein Jahrhundert später neu erfunden wurden."
Michell wurde zu Lebzeiten auch von seinen Kollegen als brillanter Wissenschaftler anerkannt, und während er Cambridge 1767 verließ, um eine Vollzeitstelle als Rektor einer Gemeinde in Yorkshire im Norden Englands zu übernehmen, setzte er seine wissenschaftlichen Studien fortund wurde regelmäßig von einigen der herausragenden Wissenschaftler der Zeit besucht, wie Joseph Priestly, Henry Cavendish und sogar Benjamin Franklin.
Michell starb am 21. April 1793, und obwohl seine Freunde und Gemeindemitglieder das Genie erkannten, das er besaß, sollte es mehr als ein Jahrhundert dauern, bis der Rest der Welt es schaffte, aufzuholen.