Több mint egy éve kering a Föld körül a legmodernebb, és technikailag legpontosabb kísérleti berendezés, amely Albert Einstein általános relativitáselméletét teszteli, s amely az adatgyűjtés utolsó fázisába lépett. A következő néhány hónapban a Stanford Egyetem tudósai befejezik a Gravity Probe B (GP-B) adatainak összegyűjtését, s ettől azt remélik, hogy mérni tudnak két olyan effektust, amelyet Einstein 1916-os teóriája, a gravitáció leírása már megjósolt.
“Majdnem minden fizikus egyetértene azzal, hogy a fizikai elméletek közül intellektuálisan a legszebb Einstein relativitása” – mondja Francis Everitt, a GP-B vizsgálatait vezető tudós, a Stanford Egyetem professzora. “Ám ha azt a kissé zavaró kérdést tenné fel, hogy hány kísérletet végeztünk ezzel kapcsolatban – nos hát, akkor a válasz ez: nagyon keveset.”
A relativitás szerint a masszív testek, mint például a Föld vagy egy csillag behorpasztják és elhajlítják azt a négydimenziós szerkezetet, amelyet téridőnek hívunk. Ez a behorpadás, amelyet angolul geodetic effectnek, “magyarul” pedig geodetikus effektusnak (jobban mondva: földi hatásnak) is neveznek – az, amit gravitációnak tapasztalunk. Gondoljunk egy guruló labdára egy matrac közepén: a benyomódás, amely így keletkezik, magához húzza a matracon lévő kisebb tömegű tárgyakat, a guruló labda felé, csakúgy, mint ahogyan a könnyebb objektumok a Föld felé zuhannak. Jóllehet a téridő görbületét megfigyelték már, még senki sem mérte meg ezt ilyen ellenőrzött kísérlet keretei között.
Az általános relativitás elmélete egy másik hatást is megjósolt, amelyet viszont még soha nem igazoltak. Ezt a “felcsavarás”-nak, “frame-dragging”-nek nevezett jelenséget az magyarázza, hogy a Föld forgása magával húzza a lokális téridőt. Ez ahhoz hasonló, mintha egy kicsi, pörgő labdát egy tál mézbe dobnánk, és ez persze a mézet magával rántaná, maga körül “forgatná”. A GP-B, amely 642 kilométer magasságban kering a Föld körül, ezeket az effektusokat kutatja, méghozzá négy szuperérzékeny giroszkóp (pörgettyű) segítségével.
Az olvasztott kvarcból készített giroszkópok mindegyike pingponglabda nagyságú, s percenként 10 ezer fordulatot képes megtenni. Ezek a valaha készült legtökéletesebb gömb alakú tárgyak. A pörgettyűket egy nagy termoszpalackba rakták, amelyet szuperhideg folyékony héliummal töltöttek meg, hogy stabilizálják a hőmérsékletet. A giroszkópokat fixálták is, vagyis egy irányadó csillagra, az IM Pegasira állították rá, amely a tudósoknak referenciapontként szolgál, amikor megmérik a pörgési tengely módosulását. A geodetikus hatás és a “felcsavarás” ugyanis egyaránt a giroszkópok pörgési tengelyének imbolygását kellene hogy okozza, amint a GP-B a Föld körül kering.
A geodetikus hatás a tudósok számításai szerint 6,6 ívmásodpercnyi szöggel módosíthatja évente a pörgési tengely irányát, az irányadó csillaghoz képest. A “felcsavarás” miatt 0,41 ívmásodpercnyi változás várható, mégpedig a Föld forgásának irányába. A tudósok várhatóan egy évet töltenek majd az adatok elemzésével, és csak azután teszik közzé értekezésüket. Ha az eredmények egyeznek Einstein elméletének előrejelzésével, akkor a kísérlet megerősíti azokat az alapfeltételezéseket, amelyeket az univerzumról és a relativitás matematikájáról korábban tettek. Ugyancsak segíthet a tudósoknak abban, hogy számításokat végezzenek a földi “felcsavarásnál” sokkal nagyobb effektus, a fekete lyukak mentén kialakuló hasonló hatás erejéről.
A Túl Einsteinen (“Beyond Einstein”) elnevezésű NASA-program többek között éppen erre keres bizonyítékot, miközben az univerzum szerkezetét és fejlődését tanulmányozza. Mindazonáltal ha az adatok inkonzisztensek, nem illenek össze Einstein előrejelzéseivel, akkor a tudósok más elméletek után nézhetnek, amelyek tökéletesítik a relativitást, amely a modern fizika egyik sarokköve. “Tudjuk, hogy bizonyos értelemben Einstein teóriája nem lehet az utolsó szó a vitában, mert az nem egyeztethető össze a kvantumfizikával. [Ez egy olyan elmélet, amely az atomokat és a szubatomi részecskéket írja le.]” – magyarázza Everitt, aki több mint negyven évig dolgozott azon, hogy a GP-B-t felbocsássák az űrbe. “Nem mondom, hogy a GP-B bizonyosan megoldásokat szolgáltat e tárgykörben, de ha valami olyasmit fedezünk fel, ami nem illik a képbe, akkor talán útmutatást kapunk ahhoz, hogy milyen elméleti irányba kell továbbhaladnunk.”
Nézd meg a legfrissebb cikkeinket a címlapon!
