Artystyczna koncepcja skręconej czasoprzestrzeni wokół Ziemi. Źródło zdjęcia: NASA. Kliknij, aby powiększyć
Czy Ziemia jest w wirie czasoprzestrzeni?
Wkrótce poznamy odpowiedź: eksperyment fizyki NASA / Stanford pod nazwą Gravity Probe B (GP-B) zakończył niedawno rok zbierania danych naukowych na orbicie Ziemi. Wyniki, których analiza zajmie kolejny rok, powinny ujawnić kształt czasoprzestrzeni wokół Ziemi - i być może wir.
Czas i przestrzeń, zgodnie z teoriami względności Einsteina, są splecione razem, tworząc czterowymiarową tkaninę zwaną „czasoprzestrzenią”. Ogromna masa Ziemi ściemnia tę tkaninę, podobnie jak ciężka osoba siedząca na środku trampoliny. Grawitacja, mówi Einstein, jest po prostu ruchem obiektów podążających za krzywiznami linii dołka.
Gdyby Ziemia była nieruchoma, byłby to koniec historii. Ale Ziemia nie jest stacjonarna. Nasza planeta obraca się, a obrót powinien lekko przekręcić dołek, przyciągając go do 4-wymiarowego wiru. Właśnie to GP-B poszedł w kosmos, by to sprawdzić
Pomysł eksperymentu jest prosty:
Umieść wirujący żyroskop na orbicie wokół Ziemi, z osią obrotu skierowaną w kierunku jakiejś odległej gwiazdy jako stałego punktu odniesienia. Oś żyroskopu wolna od sił zewnętrznych powinna nadal wskazywać na gwiazdę - na zawsze. Ale jeśli przestrzeń jest skręcona, kierunek osi żyroskopu powinien z czasem dryfować. Zauważając tę zmianę kierunku względem gwiazdy, można było zmierzyć skręty czasoprzestrzeni.
W praktyce eksperyment jest niezwykle trudny.
Cztery żyroskopy w GP-B są najdoskonalszymi sferami, jakie kiedykolwiek stworzyli ludzie. Te pingpongowe kule ze stopionego kwarcu i krzemu mają 1,5 cala średnicy i nigdy nie różnią się od idealnej kuli o więcej niż 40 warstw atomowych. Gdyby żyroskopy nie były tak kuliste, ich osie obrotu kołysałyby się nawet bez efektu względności.
Według obliczeń skręcona czasoprzestrzeń wokół Ziemi powinna spowodować, że osie żyroskopów dryfują zaledwie 0,041 sekundy łukowej w ciągu roku. Arcsecondond jest 1/3600 stopnia. Aby zmierzyć ten kąt dość dobrze, GP-B potrzebowała fantastycznej precyzji 0,0005 sekundy łuku. To jak mierzenie grubości kartki papieru trzymanej na krawędzi w odległości 100 mil.
Aby to umożliwić, naukowcy z GP-B wymyślili zupełnie nowe technologie. Opracowali satelitę „bez przeciągania”, który mógłby ocierać się o zewnętrzne warstwy atmosfery ziemskiej bez naruszania żyroskopów. Wymyślili, jak utrzymać penetrujące pole magnetyczne Ziemi poza statkiem kosmicznym. I wymyślili urządzenie do pomiaru obrotu żyroskopu - bez dotykania żyroskopu.
Przeprowadzenie eksperymentu było wyjątkowym wyzwaniem. Wiele czasu i pieniędzy było na linii, ale naukowcy z GP-B prawdopodobnie to zrobili.
„W eksperymencie nie było żadnych większych niespodzianek” - mówi profesor fizyki Francis Everitt, główny badacz GP-B na Uniwersytecie Stanforda. Teraz, gdy gromadzenie danych jest zakończone, mówi, że nastroje wśród naukowców z GP-B to „duży entuzjazm i zdanie sobie sprawy, że przed nami wiele ciężkiej pracy”.
Trwa staranna, gruntowna analiza danych. Everitt wyjaśnia, że naukowcy zrobią to w trzech etapach. Najpierw przyjrzą się danym z każdego dnia rocznego eksperymentu, sprawdzając, czy nie występują nieprawidłowości. Następnie podzielą dane na mniej więcej miesięczne części, a na koniec będą patrzeć przez cały rok. Robiąc to w ten sposób, naukowcy powinni być w stanie znaleźć wszelkie problemy, których mogłaby przeoczyć prostsza analiza.
W końcu naukowcy z całego świata sprawdzą dane. Everitt mówi: „chcemy, aby nasi najostrzejsi krytycy byli nami”.
Stawki są wysokie. Jeśli wykryją wir, dokładnie zgodnie z oczekiwaniami, oznacza to po prostu, że Einstein znowu miał rację. Ale co jeśli nie? W teorii Einsteina może występować wada, niewielka rozbieżność zapowiadająca rewolucję w dziedzinie fizyki.
Po pierwsze jednak istnieje wiele danych do analizy. Bądźcie czujni.
Oryginalne źródło: NASA News Release
