Rymdsond bevisar att Einstein hade rätt

En rymdfarkost från NASA har klarat vad inte ens Einstein trodde var möjligt: att mäta jordens tyngdkrafts inverkan på rymden, som han förutsade.

10 maj 2011 av Ker Than, National Geographic News

Två viktiga förutsägelser i Albert Einsteins allmänna relativitetsteori har enligt forskare bekräftats av NASA:s Gravity Probe B.

”Med hjälp av detta banbrytande experiment har vi testat Einsteins universum, och Einstein hade rätt”, sade en av forskarna, Francis Everitt vid Stanford University i USA, på en presskonferens.

Gravity Probe B-projektet, som inleddes 2004, använde fyra ultraprecisa gyroskop – apparater som används för att mäta riktning – som placerats ombord på en satellit för att mäta två element i Einsteins teori om tyngdkraft.

Den geodetiska effekten

Det första är den geodetiska effekten, som är krökningen av rum och tid – eller rumtid – omkring en kropp med gravitation, till exempel en planet.

Ett vanligt sätt att åskådliggöra den geodetiska effekten på är att se jorden som ett bowlingklot och rumtiden som en studsmatta. Jordens tyngdkraftsfält kröker rumtiden på samma sätt som ett bowlingklot tynger ned duken i en studsmatta.

Den andra effekt av tyngdkraften som Gravity Probe B testade är Lense-Thirring-effekten – på engelska även kallad frame-dragging – som är det fenomen som innebär att ett roterande föremål drar med sig rumtidens materia.

Einstein trodde att det var omöjligt

För att utföra dessa test använde Gravity Probe B en så kallad ”star tracker” för att hålla den ena änden riktad mot en enskild stjärna, IM Pegasi, medan den kretsade i omloppsbana över polerna 644 kilometer över jorden.

Om vi hade bott i ett newtonskt universum, där den geodetiska effekten och Lense-Thirring-effekten inte existerade, skulle gyroskopen vara inrättade i förhållande till stjärnan för tid och evighet.

I Einsteins universum skulle rotationsaxlarna för Gravity Probe B:s gyroskop emellertid gradvis förändras på grund av jordens massa och rotation.

”Om man föreställer sig jorden neddoppad i honung, kan man även föreställa sig att honungen dras med runt, och ett föremål i honungen skulle också dras med runt”, säger Francis Everitt. ”Det är vad som sker i gyroskopet.”

När gruppens medlemmar gick igenom sina data fann de bevis för en vinkeländring i gyrokopens orientering på omkring 6600 millibågsekunder på ett år.

En millibågsekund, förklarar Francis Everitt, ”är tjockleken av ett människohår sett på 16 kilometers avstånd. Det är en mycket liten vinkel, och det är den noggrannhet som Gravity Probe B skulle uppnå”.

Förändringen är faktiskt så liten att Einstein inte trodde att det skulle vara möjligt att mäta den.

I sin bok från 1953 ”The Meaning of Relativity” skrev Einstein att frame-dragging-effekterna ”är närvarande enligt vår teori, även om deras storlek är så liten att en bekräftelse av dem med hjälp av laboratorieförsök inte kommer på tal”.

Nytt ljus över avlägsna gåtor?

Även om resultaten publiceras först nu, har satelliten Gravity Probe B avslutat sitt arbete, och den togs ur drift i december 2010.

Gravity Probe B har fått ekonomiskt stöd sedan 1963 och är ett av de längsta projekten i NASA:s historia. Forskarna fick idén till experimentet långt innan den nödvändiga tekniken, till exempel "star tracker" och gyroskopen, över huvud taget fanns.

Sondens föregångare, Gravity Probe A, skickades upp 1976 och bekräftade även den ett viktigt element i Einsteins allmänna relativitetsteori, nämligen att en klocka på jorden går långsammare än en klocka ombord på en rymdfarkost i omloppsbana.

Även om existensen av den geodetiska effekten och frame-dragging är allmänt accepterat, var det viktigt att få dem bekräftade med hjälp av experiment, sade Clifford Will, fysiker vid Washington University i USA, på presskonferensen.

”I detta fallet stöder resultatet Einstein, men det hade det inte behövt göra”, sade han.

Dessutom kan resultaten, som i detalj publicerats på nätet i Physical Review Letters, kanske hjälpa forskare att förstå några av de våldsammaste händelserna i universum.

”Mätning av den frame-dragging-effekt som orsakas av jordens rotation har betydelse långt utanför vårt eget klot”, säger Clifford Will, som inte har medverkat i Gravity Probe B-projektet.

Till exempel, säger han, spelar frame-dragging sannolikt en roll i samband med utlösning av energiurladdningar från kvasarer, mycket avlägsna galaxer, som i sitt centrum har supermassiva svarta hål, som aktivt suger upp massa och roterar snabbt runt sig själva.

Läs också

Kanske är du intresserad av...