Ett konstnärs koncept av vriden rymdtid runt jorden. Bildkredit: NASA. Klicka för att förstora
Är jorden i en virvel av rymdtid?
Vi vet snart svaret: Ett NASA / Stanford-fysiksexperiment som heter Gravity Probe B (GP-B) avslutade nyligen ett år med insamling av vetenskapliga data i jorden omloppsbana. Resultaten, som kommer att ta ytterligare ett år att analysera, bör avslöja formen på rymdtid runt jorden - och eventuellt virveln.
Tid och rymd, enligt Einsteins relativitetsteorier, är vävda samman och bildar ett fyrdimensionellt tyg som kallas ”rymdtid”. Jordens enorma massa dämpar detta tyg, ungefär som en tung person som sitter mitt i en trampolin. Tyngdekraft, säger Einstein, är helt enkelt rörelsen av föremål som följer grovlinjens kurviga linjer.
Om jorden var stillastående, skulle det vara slutet på historien. Men jorden är inte stationär. Vår planet snurrar, och snurret ska vrida gropen, något och dra den runt i en 4-dimensionell virvel. Detta är vad GP-B gick till rymden för att kontrollera
Idén bakom experimentet är enkel:
Sätt ett snurrande gyroskop i bana runt jorden, med rotationsaxeln riktad mot någon avlägsen stjärna som en fast referenspunkt. Fri från yttre krafter bör gyroskopets axel fortsätta att peka på stjärnan - för alltid. Men om rymden vrids bör riktningen på gyroskopets axel driva över tiden. Genom att notera denna riktningsförändring i förhållande till stjärnan, kan vridningar av rymdtid mätas.
I praktiken är experimentet oerhört svårt.
De fyra gyroskopen i GP-B är de mest perfekta sfärerna som någonsin gjorts av människor. Dessa ping pong-stora bollar av smält kvarts och kisel är 1,5 tum tvärs över och varierar aldrig från en perfekt sfär med mer än 40 atomskikt. Om gyroskopet inte var så sfäriska, skulle deras snurraxlar vingla även utan relativitetens effekter.
Enligt beräkningar borde den vridna rymdtiden runt jorden få gyronaxlarna att driva bara 0,041 bågsekunder under ett år. Ett bågsekund är 1/3600: e grad. För att mäta denna vinkel rimligt bra behövde GP-B en fantastisk precision på 0,0005 bågsekunder. Det är som att mäta tjockleken på ett pappersark som hålls 100 km bort.
GP-B-forskare uppfann helt nya tekniker för att göra detta möjligt. De utvecklade en "drafri" satellit som kunde borsta mot de yttre lagren av jordens atmosfär utan att störa gyros. De räknade ut hur man skulle hålla jordens penetrerande magnetfält ur rymdskeppet. Och de samlade en anordning för att mäta snurret på en gyro - utan att röra vid gyron.
Att dra av experimentet var en exceptionell utmaning. Mycket tid och pengar var på väg, men GP-B-forskarna verkar ha gjort det.
"Det fanns inga stora överraskningar" i experimentets prestanda, säger fysikprofessor Francis Everitt, huvudutredaren för GP-B vid Stanford University. Nu när datatrafiken är klar, säger han att stämningen bland GP-B-forskarna är "mycket entusiasm och en insikt om att mycket slipande hårt arbete ligger framför oss."
En noggrann, grundlig analys av uppgifterna pågår. Forskarna kommer att göra det i tre steg, förklarar Everitt. Först kommer de att titta på uppgifterna från varje dag i det årlånga experimentet och kontrollera för oegentligheter. Därefter kommer de att dela upp uppgifterna i ungefär månadslånga bitar och slutligen titta på hela året. Genom att göra det på detta sätt bör forskarna kunna hitta problem som en enklare analys kan missa.
Så småningom kommer forskare över hela världen att granska uppgifterna. Säger Everitt, "vi vill att våra strängaste kritiker ska vara oss."
Insatserna är höga. Om de upptäcker virveln, precis som förväntat, betyder det helt enkelt att Einstein hade rätt, igen. Men vad händer om de inte gör det? Det kan finnas en brist i Einsteins teori, en liten skillnad som säger en revolution inom fysiken.
Först, men det finns många data att analysera. Håll dig uppdaterad.
Originalkälla: NASA News Release
