Er is een regel uit een vroege aflevering van De oerknaltheorie serie, waarin wordt beschreven dat Gravity Probe B 'glimpen' heeft gezien van het voorspelde frame-dragging-effect van Einstein. In werkelijkheid is het niet helemaal duidelijk dat het experiment een frame-dragging-effect definitief kon onderscheiden van een achtergrondgeluid dat werd veroorzaakt door enkele buitengewoon kleine aberraties in zijn detectiesysteem.
Of dit nu een glimp is of niet - frame-dragging (de vermeende laatste niet-geteste voorspelling van algemene relativiteit) en Gravity Probe B zijn in het publieke bewustzijn met elkaar verbonden. Dus hier is een korte inleiding over wat Gravity Probe B al dan niet een glimp heeft opgevangen.
De Gravity Probe B-satelliet werd in 2004 gelanceerd en plaatste zich in een polaire baan van 650 kilometer hoogte rond de aarde met daarin vier sferische gyroscopen die ronddraaien. Het experimentele ontwerp stelde voor dat deze gyroscopen, die in een vrije-valbaan bewegen, met hun rotatie-as feilloos uitgelijnd moeten zijn met een ver referentiepunt (in dit geval de ster IM Pegasi) .
Om elektromagnetische interferentie van het aardmagnetische veld te voorkomen, waren de gyroscopen ondergebracht in een met lood beklede thermosfles - waarvan de schaal gevuld was met vloeibaar helium. Dit beschermde de instrumenten tegen externe magnetische interferentie en de door koude geactiveerde supergeleiding in de detectoren die ontworpen waren om de spin van de gyroscopen te volgen.
Langzaam lekkend helium uit de kolf werd ook gebruikt als drijfgas. Om ervoor te zorgen dat de gyroscopen in vrije val bleven in het geval dat de satelliet enige atmosferische hinder ondervond, kon de satelliet kleine aanpassingen in het traject aanbrengen, waarbij hij zichzelf in wezen rond de gyroscopen vloog om ervoor te zorgen dat ze nooit in contact kwamen met de zijkanten van hun containers.
Hoewel de gyroscopen in vrije val waren, was het een vrije val die rond en rond een ruimte-tijd krommende planeet ging. Een gyroscoop die met een constante snelheid in vrij lege ruimte beweegt, bevindt zich ook in een 'gewichtloze' vrije val - en van een dergelijke gyroscoop kan worden verwacht dat hij oneindig rond zijn as draait, zonder dat die as ooit verschuift. Evenzo is er onder Newton's interpretatie van de zwaartekracht - zijnde een kracht die op een afstand tussen massieve objecten werkt - geen reden waarom de spin-as van een gyroscoop in een vrije valbaan ook zou moeten verschuiven.
Maar voor een gyroscoop die beweegt in de interpretatie van Einstein van een steil gekromde ruimtetijd die een planeet omringt, moet de draaias ‘overhellen’ in de helling van de ruimtetijd. Dus over een volledige baan van de aarde zal de spin-as uiteindelijk in een iets andere richting wijzen dan de richting waaruit hij begon - zie de animatie aan het einde van deze clip. Dit wordt het geodetische effect genoemd - en Gravity Probe B heeft het bestaan van dit effect effectief aangetoond tot een kans van slechts 0,5% dat de gegevens een nuleffect vertoonden.
Maar de aarde is niet alleen een enorm ruimte-tijd gebogen object, het roteert ook. Deze rotatie zou theoretisch een belemmering moeten vormen voor de ruimtetijd waarin de aarde is ingebed. Dus dit frame-slepen zou iets in een baan naar voren moeten trekken in de richting van de rotatie van de aarde.
Waar het geodetische effect de spin-as van een polaire gyroscoop in een breedterichting verschuift - frame-dragging (ook bekend als het Lense-Thirring-effect), zou het in een longitudinale richting moeten verschuiven.
En hier leverde Gravity Probe B niet helemaal op. Het geodetische effect bleek de spin-as van de gyroscopen met 6,606 milliarcseconds per jaar te verschuiven, terwijl het frame-dragging-effect naar verwachting met 41 milliarcseconds per jaar zou verschuiven. Dit veel kleinere effect was moeilijk te onderscheiden van een achtergrondgeluid dat voortkomt uit minuscule onvolkomenheden die binnen de gyroscopen zelf bestaan. Twee belangrijke problemen waren blijkbaar een veranderend polhode-pad en een groter dan verwachte manifestatie van een Newtoniaans gyro-koppel - of laten we zeggen dat ondanks alle inspanningen de gyroscopen nog steeds een beetje wankelden.
Er wordt hard gewerkt om de verwachte interessante gegevens moeiteloos uit het lawaaierige gegevensrecord te halen, via een aantal aannames waarover wellicht nog verder wordt gediscussieerd. Een rapport uit 2009 beweerde dat dapper het frame-slepende effect is nu duidelijk zichtbaar in de verwerkte gegevens - hoewel de waarschijnlijkheid dat de gegevens een nul-effect vertegenwoordigen, elders wordt gemeld bij 15%. Dus misschien is een glimp opgevangen een betere beschrijving voor nu.
Overigens werd Gravity Probe A in 1976 gelanceerd - en in een baan van twee uur bevestigde Einstein's voorspelling van roodverschuiving effectief tot binnen 1,4 delen op 10.000. Of laten we zeggen dat het aantoonde dat een klok op 10.000 km hoogte aanzienlijk sneller bleek te lopen dan een klok op de grond.
Verder lezen: Het Gravity Probe B-experiment in een notendop.
