En kunstners koncept om snoet rumtid omkring Jorden. Billedkredit: NASA. Klik for at forstørre
Er Jorden i en virvel af rum-tid?
Vi ved snart svaret: Et NASA / Stanford fysikeksperiment kaldet Gravity Probe B (GP-B) afsluttede for nylig et år med indsamling af videnskabsdata i Jorden omløb. Resultaterne, der vil tage endnu et år at analysere, skulle afsløre formen for rumtid omkring Jorden - og muligvis hvirvel.
Tid og rum er ifølge Einsteins relativitetsteorier vævet sammen og danner et firedimensionelt stof kaldet ”rumtid”. Jordens enorme masse dæmper dette stof, ligesom en tung person, der sidder midt i en trampolin. Tyngdekraften, siger Einstein, er simpelthen bevægelse af genstande, der følger de svulmede linjer i hulen.
Hvis Jorden var stationær, ville det være slutningen på historien. Men Jorden er ikke stationær. Vores planet drejer, og drejningen skal vri vrangen, lidt og trække den rundt i en 4-dimensionel hvirvel. Dette er, hvad GP-B gik ud i rummet for at kontrollere
Ideen bag eksperimentet er enkel:
Sæt et roterende gyroskop i kredsløb omkring Jorden, med spinaksen rettet mod en fjern stjerne som et fast referencepunkt. Fri for eksterne kræfter bør gyroskopets akse fortsætte med at pege på stjernen - for evigt. Men hvis pladsen er snoet, skal retningen på gyroskopets akse flyde over tid. Ved at bemærke denne ændring af retningen i forhold til stjernen, kunne rumtidspændingen måles.
I praksis er eksperimentet enormt vanskeligt.
De fire gyroskoper i GP-B er de mest perfekte sfærer nogensinde foretaget af mennesker. Disse ping-pong-størrelse kugler af smeltet kvarts og silicium er 1,5 inches på tværs og varierer aldrig fra en perfekt sfære med mere end 40 atomlag. Hvis gyroskoperne ikke var så sfæriske, ville deres spinaksinger vugle selv uden virkningerne af relativitet.
I henhold til beregninger skulle den snoede rumtid omkring Jorden få gyroserne til kun at drive 0,041 buer i løbet af et år. Et buesekund er 1 / 3600. af en grad. For at måle denne vinkel rimeligt godt, havde GP-B brug for en fantastisk præcision på 0,0005 buesekunder. Det er som at måle tykkelsen på et ark papir, der holdes kantet på 100 miles væk.
GP-B-forskere opfandt helt nye teknologier for at gøre dette muligt. De udviklede en "trækfri" satellit, der kunne børste mod de ydre lag i Jordens atmosfære uden at forstyrre gyros. De regnede ud, hvordan man kunne holde Jordens penetrerende magnetfelt ud af rumfartøjet. Og de sammenkogte en enhed til at måle drejen på en gyro - uden at røre ved gyroen.
At trække eksperimentet ud var en ekstraordinær udfordring. Der var meget tid og penge på linjen, men GP-B-forskerne ser ud til at have gjort det.
”Der var ikke nogen store overraskelser” i eksperimentets præstation, siger fysikprofessor Francis Everitt, den primære efterforsker for GP-B ved Stanford University. Nu, når dataoptagelsen er afsluttet, siger han, at stemningen blandt GP-B-forskerne er "en masse entusiasme, og en erkendelse af, at der er meget slibende hårdt arbejde foran os."
En omhyggelig, grundig analyse af dataene er i gang. Forskerne vil gøre det i tre faser, forklarer Everitt. Først vil de se på dataene fra hver dag i det årlange eksperiment og kontrollere for uregelmæssigheder. Derefter vil de dele dataene i nogenlunde månedslange stykker, og til sidst vil de se på hele året. Ved at gøre det på denne måde skal forskerne være i stand til at finde eventuelle problemer, som en mere enkel analyse kunne gå glip af.
Til sidst vil forskere over hele verden undersøge dataene. Siger Everitt, "vi ønsker, at vores strengeste kritikere skal være os."
Indsatsen er høj. Hvis de registrerer virvelen, nøjagtigt som forventet, betyder det ganske enkelt, at Einstein igen havde ret. Men hvad hvis de ikke gør det? Der kan være en fejl i Einsteins teori, en lille uoverensstemmelse, der indebærer en revolution inden for fysik.
Først er der dog en masse data at analysere. Bliv hængende.
Original kilde: NASA News Release
