Το σκάφος Gravity Probe B δικαιώνει και πάλι τον Αϊνστάιν

Μετά από 96 χρόνια η επαναστατική θεωρία του Αϊνστάιν, που δεν μπορούσε να εξεταστεί με ακρίβεια τόσα χρόνια λόγω έλλειψης επαρκούς τεχνολογίας,  επιβεβαιώθηκε πλήρως. Ο χωροχρόνος γύρω από μεγάλα ουράνια σώματα όχι μόνο καμπυλώνεται λόγω της παρουσίας τους αλλά διαστρεβλώνεται και συστρέφεται καθώς τα σώματα περιστρέφονται, σύμφωνα με τις εξαετείς μετρήσεις του σκάφους της NASA, Gravity Probe B (GP-B).

Καμπύλωση του χωροχρόνου

Κατά τον Francis Everitt, φυσικό του πανεπιστημίου Στάνφορντ και επικεφαλής των ερευνητών της αποστολής, που ξεκίνησε το 2004- ο οποίος δήλωσε χαρακτηριστικά ότι «ο Αϊνστάιν ζει»- τόσο ο χώρος όσο και ο χρόνος καμπυλώνονται από τη βαρύτητα: η Γη παραμορφώνει ελαφρώς το χωροχρόνο γύρω της, «παρασέρνοντάς» τον μαζί της καθώς περιστρέφεται.

Η σύλληψη της ιδέας για την αποστολή Gravity Probe B έγινε κατά τα τέλη της δεκαετίας του 1959. «Ολοκληρώσαμε αυτό το σημαντικότατο πείραμα, δοκιμάζοντας το ‘Σύμπαν’ του Αϊνστάιν- και ο Αϊνστάιν επέζησε» αναφέρει ο Francis Everitt.

Το σκάφος εκτοξεύτηκε για να ελέγξει δύο βασικά στοιχεία της θεωρίας της Γενικής Σχετικότητας: το γεωδαιτικό φαινόμενο (την έκταση της παραμόρφωσης που προκαλεί η μάζα της Γης στο γύρω διάστημα) και το αποκαλούμενο «frame dragging» : το πόσο «παρασέρνει» ή «συστρέφει» ο πλανήτης μας τον γύρω χωροχρόνο κατά την περιστροφή του. Για αυτό το σκοπό χρησιμοποιήθηκαν τέσσερα γυροσκόπια, τα οποία όντως κατέγραψαν μεταβολές στην περιστροφή τους, λόγω της επίδρασης της βαρύτητας.

Σε διαφορετική περίπτωση (αν δεν ίσχυε η θεωρία του Αϊνστάιν) τα γυροσκόπια θα είχαν μείνει αδρανή.

1. Οι άξονες περιστροφής των γυροσκοπίων ήταν ευθυγραμμισμένες με ένα αστέρι-οδηγό, και στη συνέχεια παρακολουθούνται για τυχόν μεταβολές στην γωνία  περιστροφής τους, οι οποίες προκαλούνται από τα αποτελέσματα της γενικής  σχετικότητας 2. Ο στροβιλισμός του του πλασίου αναφοράς του χωρόχρονου λόγω περιστροφής της  Γης αναμενόταν να αναγκάσει την στροφή των αξόνων περιστροφής των εξαιρετικά λείων σφαιρών του γυροσκοπίου, κατά μόλις 0,039 δευτερόλεπτο του τόξου ανά έτος 3. Για το γεωδαιτικό φαινόμενο, το διαστημικό σκάφος αναμενόταν να δει ένα μεγαλύτερο σήμα – να στραφεί ο άξονας περιστροφής των γυροσκοπίων κατά μία γωνία 6,6 δευτερόλεπτο του τόξου σε ένα χρόνο. 4. Τα γυροσκόπια του Gravity Probe B, βρίσκονταν μέσα σε ένα ειδικό δοχείο κενού που σχεδιάστηκε έτσι για να τα απομονώσουμε έναντι όλων των άλλων δυνάμεων. 5. Η ΝΑΣΑ εκτόξευσε το GP-B στις 20 Απριλίου 2004, αλλά άρχισε την χρηματοδότηση της ιδέας της αποστολής το 1963, πολύ πριν ο Neil Armstrong πατήσει στο φεγγάρι

«Το Gravity Probe-B (GP-B), αν και απλό σαν αρχή, είναι από τεχνολογικής πλευράς ένα εξαιρετικά περίπλοκο πείραμα» είπε ο Rex Geveden, πρώην διευθυντής του προγράμματος.

«Η ιδέα εμφανίστηκε τρεις με τέσσερις δεκαετίες πριν αναπτυχθεί η απαραίτητη τεχνολογία. Δεκατρείς νέες τεχνολογίες αναπτύχθηκαν για το GP-B». Κάποιες από τις καινοτομίες που προήλθαν από το πρόγραμμα οδήγησαν σε βελτιώσεις στην τεχνολογία GPS, ενώ μία άλλη αποστολή της NASA, η Cobe, βασίστηκε πάνω στο GP-B. Επίσης, περίπου εκατό φοιτητές απέκτησαν τα PhD τους εργαζόμενοι σε κάποιον τομέα του προγράμματος, κατά τη διάρκεια όλων αυτών των ετών που χρειάστηκαν για το σχεδιασμό και την διεκπεραίωση της αποστολής.

__________________________________________________________________

Τα γυροσκόπια του δορυφόρου Gravity Probe B έχουν ελέγξει δύο φαινόμενα που προβλέφτηκαν από τη θεωρία του Αϊνστάιν. Αν υπήρχε κάποια απόκλιση από τους νόμους της Γενικής Σχετικότητας το γεγονός αυτό θα είχε εκτεταμένες επιπτώσεις στην κατανόηση που έχουμε για τη δομή του Σύμπαντος. Το πρώτο πείραμα ήταν και το πιο δύσκολο ενώ το δεύτερο (το γεωδαιτικό φαινόμενο) ήταν σχετικά το πιο εύκολο.

• Ο στροβιλισμός του πλασίου αναφοράς του χωρόχρονου λόγω περιστροφής της Γης (frame dragging) – Ένα περιστρεφόμενο ογκώδες σώμα (σαν τη Γη) στροβιλίζει το χώρο και το χρόνο γύρω της. Ένα γυροσκόπιο που βρίσκεται σε τροχιά γύρω από τη Γη δέχεται μια εξαιρετικά μικρή δύναμη, ακριβώς λόγω αυτού του στροβιλισμού, που τείνει να του προκαλέσει μια κλίση από το επίπεδο της τροχιάς του, εξαιτίας του γεγονότος ότι η Γη το παρασύρει μαζί της. Η δύναμη αυτή ονομάζεται βαρυτομαγνητική (gravitomagnetism) και ήταν το πρώτο πείραμα, που έγινε στο σκάφος GP-B. Ήταν ικανό να αισθανθεί αυτή την επίδραση του στροβιλισμού του χωρόχρονου με μια ακρίβεια 1%. Η Γενική Σχετικότητα προβλέπει ότι ο στροβιλισμός του χωροχρόνου γύρω από τη Γη είναι 0.039 δευτερόλεπτα ή 0.000011 μοίρες.

• Γεωδαιτικό φαινόμενο – Σύμφωνα με τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας του Αϊνστάιν, ο χώρος και ο χρόνος όταν βρίσκονται κοντά σε ένα ογκώδες σώμα είναι στρεβλωμένοι. Σε ένα γυροσκόπιο, που βρίσκεται σε τροχιά κοντά στη Γη, αυτή η διαστρέβλωση (λόγω μάζας της Γης) το οδηγεί σε μια κλίση του άξονα περιστροφής του γυροσκοπίου στο επίπεδο της τροχιάς. Αυτό το φαινόμενο προβλέπεται από τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας να είναι 150 φορές μεγαλύτερη από το σύρσιμο πλαισίων. Το γεωδαιτικό φαινόμενο μετρήθηκε για πρώτη φορά το 1988 και προβλέπει ότι η γήινη μάζα αφήνει ένα κοίλωμα στον χωροχρόνο, που θα πρέπει να προκαλεί μια κλίση σε κάθε γυροσκόπιο κατά 0.0018 μοίρες, ή 6.606 δευτερόλεπτα, κατά τη διάρκεια ενός έτους. Το διαστημικό σκάφος GP-B μέτρησε αυτήν την επίδραση με ακρίβεια 1 προς 10.000. 
  http://physics4u.wordpress.com/