• csillagaszat.hu
    csillagászat.hu
    Csillagászati hírportál
    bdsm forum

    A relativitáselmélet kísérleti tesztelése







    Idén ünneplik a fizikusok Einstein „csodálatos
    évének” századik évfordulóját. Ez volt az az év, amelyben doktorátust
    szerzett fizikából a Zürichi Egyetemen, valamint négy cikket tett
    közzé, köztük egyet a speciális relativitáselméletről, és egyet a
    fényről, amely végül 1921-ben Nobel-díjat eredményezett számára. Bő tíz
    évvel később, 1916-ban publikálta az általános relativitáselméletet,
    amelyben oly módon terjesztette ki a speciális relativitáselméletet,
    hogy az magába foglalja a gravitáció nehezen megfogható koncepcióját.

    Az
    általános relativitáselmélettel Einstein mindörökre megváltoztatta a
    gravitációról, mint erőtérről alkotott newtoni képet, azt állítva, hogy
    a tér és idő kibogozhatatlanul összefonódik egy téridőnek nevezett
    szerkezetben, ill. hogy a gravitáció pusztán a téridőnek a görbülete, amelyet a tömeggel rendelkező testek okoznak.

    Bár
    az általános relativitáselmélet a modern fizika egyik alappillére lett,
    ez maradt Einstein elméletei közül a legkevésbé ellenőrzött. Ennek oka,
    hogy az általános relativitáselmélet által előrejelzett hatások a Föld
    környezetében rendkívül kicsik, és bár az elmúlt 90 évben elvégzett
    számos kísérlet szerint Einstein a jó úton járt, ezekben a mérésekben a
    relativitáselméleti hatásokat igen erős háttérzajból kellett kiemelni.
    Igaz ugyan, hogy 1993-ban Russell Hulse és Joseph Taylor
    rádiócsillagászok a PSR 1913+16 jelű kettőspulzár felfedezéséért
    Nobel-díjat kaptak, ami a gravitációs hullámok kisugárzásával történő
    energiavesztés közvetett kimutatásával a relativitáselmélet mindmáig
    legbiztosabb igazolása, de a fizikusok régóta szeretnék ellenőrzött
    laboratóriumi körülmények között kimérni a téridő hajlását és
    csavarodását.

     

    Fantáziarajz a Föld által okozott téridő-görbület szemléltetésére. (Stanford Egyetem nyomán)

     

    Az
    elmúlt 17 hónapban a NASA Gravity Probe B (GP-B) műholdja
    ultraprecíziós, a legjobb minőségű hagyományos, a navigációban használtaknál milliószor pontosabb giroszkópokkal felszerelve
    keringett a Föld körül. Ezzel egy zavartalan, keringő laboratóriumban
    vált lehetővé a mérés során jelentkező háttérzaj szintjének
    csökkentése. Az elmúlt időszakban a űrszonda adatokat gyűjtött az
    általános relativitáselméletet végső kísérleti tesztjéhez.

    Az
    elv roppant egyszerű. A 2004. április 20-án a Vandenberg
    Légitámaszpontról felbocsátott GP-B műhold négy gömb alakú giroszkópot
    használt az Einstein elméletéből következő két különleges hatás
    pontos mérésére. Az egyik a geodetikus effektus, vagyis az, hogy a Föld
    milyen mértékben hajlítja meg a helyi téridőt, amiben elhelyezkedik. A
    másik effektus a tér felcsavarása, amit szemléletesen úgy fogalmazhatunk meg, hogy a forgó Föld
    mennyire "vonszolja", húzza magával a helyi téridőt.

    A
    kísérlet kezdetekor mind a giroszkóp forgástengelyét, mind az űrszondán
    elhelyezett vezetőtávcsövet egy igen távoli referenciapont irányába –
    egy vezetőcsillag felé irányították. A küldetés 50 hete alatt az
    űrszonda több mint ötezerszer megkerülte a Földet. Az elméleti jóslatok
    szerint a kb. egy éves időszak alatt a Föld helyi téridejének
    geodetikus torzulása miatt a giroszkóp forgástengelye az eredeti
    vezetőcsillag irányától eltér, méghozzá a csekély 6,6 ívmásodperces
    (0,0018 fok) értékkel. Hasonlóképpen, a Föld felcsavarodó helyi
    térideje miatt a forgástengely az előző hatás irányára merőlegesen is
    eltér, még ennél is kisebb mértékben: 0,041 ívmásodperccel (0,000011
    fok). Ez utóbbi szögtávolság az emberi hajszál vastagsága lenne,
    ahogyan megközelítőleg 16 km távolságból láthatnánk.

    A
    gyakorlati megvalósítás azonban igen nehéz volt, és átfogó
    együttműködésre volt szükség többek között a Stanford, a NASA, a
    Lockheed Martin és más intézmények fizikusai között, valamint mérnökök
    és űrkutatók között. Közel 44 évet (!) vett igénybe az ultrapontos
    giroszkópok kifejlesztése, valamint a többi technikai fejlesztés
    elvégzése annak érdekében, hogy a tudósok képesek legyenek ennek a
    megtévesztően egyszerű kísérletnek az elvégzésére. Például a
    pingponglabda méretű forgó giroszkópalkatrészeknek olyannyira
    egyneműeknek és tökéletesen gömb alakúaknak kellett lenniük, hogy több
    mint 10 évbe került a gyártáshoz szükséges teljesen új technológia
    kifejlesztése. A gömbök most szerepelnek a Guiness Rekordok könyvében,
    mint a világ leggömbszerűbb objektumai. Hasonlóképpen évekbe telt
    azoknak a hibátlan tetőélprizmáknak az elkészítése, amelyeket a
    vezetőcsillagra néző távcsőben használtak fel.

    A
    GP-B küldetésének végén a terveknek megfelelően a műszereket hűtő és a
    kis korrekciós hajtóművekhez használt hélium kifogyott. Az 50 hetet
    lefedő adatsort letöltötték és a Stanford Egyetemen levő GP-B Mission
    Operations Center számítógépeibe került, ahol a GP-B csoport tudósai
    megkezdték az adatok sok fáradsággal járó végső ellenőrzését és
    elemzését.

    Vajon igaza volt-e Einsteinnek? Ezt
    még további 15 hónapig, az elemzések befejezéséig nem fogjuk tudni, de
    a világ fizikusai rendkívül kíváncsian várják az eredményeket. A végleges eredmények a
    legalább 15 hónapig tartó ellenőrzés és elemzések után 2007 első felére
    várhatóak.

    Forrás: Stanford University

    Ez a bejegyzés Egyéb asztrofizika kategóriában van. Link könyvjelzője.
    • Magyarország megújul