14 kwietnia pierwsze wyniki z Gravity Probe B, jednego z najbardziej skomplikowanych satelitów NASA,
potwierdziły „z dokładnością do 1 procenta” to, co Einstein napisał 90 lat temu: obiekt taki jak Ziemia rzeczywiście odkształca przestrzeń i czas. To zjawisko, określane jako efekt geodezyjny, to jednak tylko połowa teorii. Druga dotyczy tak zwanego „wleczenia układów inercjalnych” – stwierdza, że wirująca ziemia „ciągnie” przestrzeń za sobą. Francis Everitt, profesor z Uniwersytetu Stanforda, który poświęcił całe życie badaniu teorii względności Einsteina, poinformował naukowców z Amerykańskiego Towarzystwa Fizyki, że dokładne zmierzenie efektu „wleczenia układów inercjalnych” zajmie mu jeszcze osiem miesięcy. Projekt Gravity Probe B wymyślono pod koniec lat 50., jednak później wielokrotnie go odkładano.
Według Einsteina planety i gwiazdy wypaczają czasoprzestrzeń – tak, jak duża kula umieszczona na elastycznej tkaninie ją rozciąga,. Kulka poruszająca się po wklęsłej tkaninie będzie przyciągana w kierunku dużej kuli, jak to się dzieje w przypadku Ziemi i Słońca, ale nie wpadnie na nią, dopóki będzie się poruszać z wystarczająco dużą prędkością. Einstein dowodził, że grawitacja nie jest siłą przyciągania między ciałami, jak wcześniej uważano.
Niewielu naukowców potrzebuje ostatecznych wyników, żeby się upewnić o geniuszu Einsteina. – Od najbardziej ezoterycznych aspektów dylatacji czasu aż do pięknego i prostego równania e=mc 2 ogromna większość pomysłów Einsteina dotyczących wszechświata pomyślnie przeszła próbę czasu – mówi Robert Massey z brytyjskiego Królewskiego Towarzystwa Astronomicznego. Według niego Gravity Probe B to „uzasadniony eksperyment”,
Źródło http://wiadomosci.onet.pl/1405895,242,1,1,kioskart.html
Gravity Probe B jest finansowany przez NASA,
realizowany przez firmę Lockheed Martin i zarządzany przez wydział fizyki Uniwersytetu Stanforda. W eksperymencie mierzone są z dużą dokładnością niewielkie odchylenia osi obrotu czterech żyroskopów umieszczonych w satelicie na orbicie ziemskiej na wysokości 650 km. przebiegającej nad biegunami. Odizolowanie w ten sposób żyroskopów od wszelkich zaburzeń ma pozwolić zmierzyć jak czasoprzestrzeń jest zakrzywiona przez Ziemię, oraz, co istotniejsze, czy i jak obracająca się Ziemia "wlecze" czasoprzestrzeń wokół siebie, wywołując efekty grawitomagnetyczne, analogiczne do magnetycznych w elektrodynamice.
Wczęśniejsze eksperymenty LAGEOS przeprowadzone w 1997 i 2004 roku potwierdziły za pomocą pomiarów laserowych efekt wleczenia układów inercjalnych z dokładnością kolejno około 20 i 10 procent.Celem Gravity Probe B jest zmierzenie tych efektów z dokładnością 1%. Eksperyment wykrył już znacznie wyraźniejszy efekt zakrzywiania czasoprzestrzeni przez Ziemię. Osie żyroskopów po wykonaniu każdego obiegu Ziemi przechylają się nieznacznie, pokazując o ile orbita jest skrócona przez odkształcenie przestrzeni. Efekt ten ma zostać zmierzony z dokładnością 1:10000, co będzie najdokładniejszym dotychczas przeprowadzonym testem ogólnej teorii względności.
Źródło http://pl.wikipedia.org/wiki/Gravity_Probe_B
Z polskich analiz
Za życia Einsteina zweryfikowano jego teorię w dwóch eksperymentach: zmierzono ruch peryhelium Merkurego (wynoszący 43 sekundy łuku na stulecie) oraz zaobserwowano ugięcie światła gwiazd w polu grawitacyjnym Słońca (soczewkowanie grawitacyjne). Spośród proponowanych ówcześnie testów poczerwienienie grawitacyjne, czyli zmniejszenie częstości fotonów emitowanych w pobliżu masywnego obiektu zostało doświadczalnie dowiedzione w latach 70. za pomocą satelitarnych eksperymentów zegarowych. Sprawdzono także tzw. efekt Shapiro — opóźnienie czasowe sygnału przechodzącego w pobliżu ciała masywnego. Strumień interesujących astrofizycznych danych pochodzi też z obserwacji podwójnych relatywistycznych pulsarów, w szczególności sławnego obiektu PSR 1913+16, za odkrycie którego R. Hulse i J. Taylor dostali Nagrodę Nobla w 1993 r. — jest to jeden z niewielu obiektów wykorzystywanych przez naukowców do badania własności silnego pola grawitacyjnego. Można więc zadać sobie pytanie, czy po prawie stu latach sukcesów istnieje w ogóle potrzeba nowych niezależnych testów — dotychczasowe weryfikacje utwierdziły badaczy w przekonaniu, że nowatorska teoria Einsteina jest poprawna. Paradoksalnie jest mimo to faktem, że OTW jest jedną z najgorzej sprawdzonych doświadczalnie teorii.
Szczególną uwagę fizyków przyciąga możliwość skonstruowania teorii grawitacji o właściwościach innych niż OTW. O prawidłowości danej teorii decydują jednak tylko dodatkowe eksperymenty. Przykładem może być negatywna weryfikacja efektu Nordtvedta, czyli hipotetycznej nie-Newtonowskiej oscylacji w odległości Ziemia-Księżyc (efekt ten nie istnieje w OTW). Dokładne laserowe pomiary odległości nie wykazały istnienia efektu Nordvedta, co pozwoliło wyeliminować parę współzawodniczących teorii.
W roku 1960 Leonard Schiff z Uniwersytetu Stanforda oraz, niezależnie George Pugh z Departamentu Obrony USA, zaproponowali nowy test. Eksperyment miał dotyczyć nie sprawdzonego dotychczas przewidywania OTW, tzw. efektu Lense-Thirringa. Efekt ów (nazywany także efektem „wleczenia układów inercjalnych”, ang. frame-dragging effect) został przewidziany teoretycznie w 1918 r. przez austriackich fizyków, J. Lense i H. Thirringa. Postulowali oni, że obracające się masywne ciało „wlecze” za sobą przestrzeń w kierunku ruchu rotacyjnego. Innymi słowy, wokół obracającego się obiektu nawet inercjalni obserwatorzy (obserwatorzy poruszający się ruchem jednostajnym) nie stanowią nieruchomego układu odniesienia względem punktu w nieskończoności. Nie trzeba oczywiście nikogo przekonywać, że efekt ten nie występuje w teorii Newtona.
Pozostawało jedynie pytanie, jak zmierzyć ów interesujący efekt. Sugestią L. Schiffa było skorzystanie z żyroskopu, naturalnego instrumentu utrzymującego wybrany kierunek. Dostatecznie długo swobodnie wirujący żyroskop powinien zatem odchylić się od pierwotnego kierunku właśnie za sprawą efektów relatywistycznych. Żyroskop nie może jednocześnie podlegać nawet najmniejszym zaburzeniom, co oznacza, że powinien poruszać się po „najbardziej geodezyjnej” trajektorii z możliwych. Z tego powodu od razu stało się jasne, że aby zapewnić odpowiednie warunki i gwarantowaną precyzję, eksperyment należy przeprowadzić w przestrzeni kosmicznej. Ze względu na koszty zdecydowano się na okołoziemską misję orbitalną, ochrzczoną mianem Gravity Probe.
Autor Michał Bejger jest doktorantem w Centrum Astronomicznym im. Mikołaja Kopernika w Warszawie
Komentarze
Pokaż komentarze (2)