Gravity Probe B
Ikon Gravity Probe B

Gravity Probe B tester Einstein

2005-11-18
Hvis Einsteins teorier stemmer vil Jordas gravitasjonsfelt vri den lokale rom-tiden som i en liten virvelstrøm. Gravity Probe B er nå ferdig med å samle observasjonsdata, beregningene vil ta et helt år.
Tid og rom er ifølge Einstein vevd sammen til en 4-dimensjonal rom-tiden. Massive objekter påvirker rom-tiden på samme måte som en person lager en fordypning på et stramt sengelaken i 3 dimensjoner. Det er vanskelig å gi et korrekt bilde av rom-tiden, som oftest forenkler man bildet ved å tenke på rom-tiden som et stort laken, med stjerner og planeter som lager små fordypninger.

Den berømte fysikeren John Wheeler sa: "Matter tells space how to curve, and space tells matter how to move". Gravitasjonen er i følge Einstein bevegelsen til objekter som følger kurvaturen i fordpyningene. Dette har ikke bare teoretisk verdi, gravitasjonslinser er en direkte konsekvens av at fotonene følger et kurvet rom rundt en sentral massekonsentrasjon.
Fordreining av rom-tiden
Fordreining av rom-tiden (Stanford University)
Så langt er alt greit, men dette har vi visst lenge. Det hele blir mer interessant når vi tar med det faktum at Jorda roterer. Akkurat som personen på senga vil dra med seg lakenet på grunn av friksjon, vil Jordas rotasjon dra fordypningen i rommet med seg, kallt "frame dragging" på engelsk.

Måten å måle dette på er enkel. Plasser et gyroskop i bane rundt Jorda som peker mot ei fjern stjerne. Uten ytre påvirkningskraft vil gyroskopet peke mot stjernen til evig tid, men hvis rommet fordreid som i en virvelstrøm, vil gyroskopet sakte men sikkert drifte til siden. Ved å måle hvor mye gyroskopet drifter, og i hvilken retning, kan man beregne hvor mye rommet er fordreid.
Et gyroskop
Et gyroskop på størrelse med en ping-pong ball (Stanford University)
Det er derimot stor forskjell på teori og praksis. Gravity Probe B (GP-B) er utstyr med fire gyroskop. De består av roterende kuler på størrelse med ping-pong baller og er de mest perfekte kulene som noensinne er laget. De nesten 4 cm store kulene er så nøyaktig, at det ikke skiller mer enn 40 atomlag fra en perfekt kule. Hvis kulene hadde vært like stor som Jorda, ville det høyeste "fjellet" bare være 8 centimeter høyt! Denne nøyaktigheten var absolutt nødvendig, hvis ikke ville kulene rotere ujevnt, og retningen forandre seg uavhengig av rommets fordreining.
Monokromt grønnt lys ble brukt for å lete etter sprekker
Monokromt grønnt lys ble brukt for å lete etter sprekker (Stanford University)
Selv med et års observasjonstid, vil rotasjonsretningen drifte kun 0,041 buesekunder. Et buesekund er 1/3600 av en grad, eller 1/1296000 av en hel sirkel. Hvis du skulle lage et kakestykke av en kake på størrelse med Jorda, ville det være kun 31 meter bredt (og 12.756 kilometer langt!) For å måle denne endringen i rotasjonsretning på en tilfredsstillende måte, har GP-B en utrolig nøyaktighet på bare 0,0005 buesekund. Det blir som å måle tykkelsen på et ark i Lillehammer... fra Oslo!

For å få til dette måtte forskerne utvikle helt nye teknologier. De lagde en "friksjonsfri" satellitt som kunne streife gjennom de ytterste lagene av atmosfæren uten å forstyrre gyroskopene. De fant også en måte å beskytte gyroskopene fra Jordas magnetfelt, og de fant en måte å måle retningen på gyroene - uten å røre ved dem.
Gravity Probe B under testing
Gravity Probe B under testing (Stanford University)
Med så mange utfordringer og strenge krav, er det en virkelig bragd at det hele nå er i boks.

"Det var ingen store overraskelser," forteller fysikeren Francis Everitt, hovedforsker for GP-B ved Stanford University. Nå som observasjonen er utført, vil det ta en liten evighet med tallknusing før vi får de endelige resultatene. Analysen vil foregå i tre deler. Først vil de se på dataene dag for dag gjennom hele året for å se etter uregelmessigheter. Så vil de dele opp observsjonene i større deler på rundt en måned, før de vil se på hele året under ett.
Selve satellitten
Selve satellitten som huser Gravity Probe B (Stanford University)
Den generelle relativitetsteorien har så langt bestått alle testene den har blitt prøvd ovenfor. Den vil med stor sannsynlighet bekreftes på nytt med dette eksperimentet. Så hva er da poenget med å bruke nesten 6 milliarder kroner på en satellitt som hverken oppdager liv på Mars eller en ny Jord rundt en annen stjerne? Fordi Einstein kan ha tatt feil.

Relativitetsteorien brukes overalt i fysikken i dag, og skulle det vise seg at den ikke er 100% korrekt, ihvertfall innenfor feilmarginene på dette eksperimentet, kan det åpne for nye teorier som vil gi oss ny kunnskap om universet. Det var et slikt paradigmeskifte Einstein forårsaket når hans teori tok over for den klassiske newtonske teorien.