Het concept van een kunstenaar van verdraaide ruimtetijd rond de aarde. Afbeelding tegoed: NASA. Klik om te vergroten
Zit de aarde in een draaikolk van ruimte-tijd?
We zullen snel het antwoord weten: een NASA / Stanford natuurkundig experiment genaamd Gravity Probe B (GP-B) heeft onlangs een jaar van wetenschappelijke gegevens in een baan om de aarde verzameld. De resultaten, die nog een jaar nodig hebben om te analyseren, zouden de vorm van ruimte-tijd rond de aarde en mogelijk de draaikolk moeten onthullen.
Tijd en ruimte, volgens Einsteins relativiteitstheorieën, zijn met elkaar verweven en vormen een vierdimensionaal weefsel dat 'ruimtetijd' wordt genoemd. De enorme massa van de aarde kuilt in deze stof, net als een zware persoon die midden op een trampoline zit. Zwaartekracht, zegt Einstein, is gewoon de beweging van objecten die de gewelfde lijnen van het kuiltje volgen.
Als de aarde stil zou staan, zou dat het einde van het verhaal zijn. Maar de aarde staat niet stil. Onze planeet draait en de spin moet het kuiltje een beetje verdraaien en het rondtrekken in een 4-dimensionale werveling. Dit is wat GP-B naar de ruimte ging om te controleren
Het idee achter het experiment is simpel:
Zet een draaiende gyroscoop in een baan om de aarde, met de draaias als een vast referentiepunt naar een verre ster gericht. Vrij van externe krachten, moet de as van de gyroscoop voor altijd op de ster blijven wijzen. Maar als de ruimte verdraaid is, zou de richting van de gyroscoopas na verloop van tijd moeten afwijken. Door deze richtingsverandering ten opzichte van de ster op te merken, konden de wendingen van de ruimtetijd worden gemeten.
In de praktijk is het experiment enorm moeilijk.
De vier gyroscopen in GP-B zijn de meest perfecte bollen die ooit door mensen zijn gemaakt. Deze ballen van pingpongformaat van gesmolten kwarts en silicium zijn 1,5 inch in doorsnee en variëren nooit van een perfecte bol met meer dan 40 atoomlagen. Als de gyroscopen niet zo bolvormig zouden zijn, zouden hun spinassen zelfs wiebelen zonder de relativiteitseffecten.
Volgens berekeningen zou de verdraaide ruimtetijd rond de aarde ervoor moeten zorgen dat de assen van de gyroscopen slechts 0,041 boogseconden per jaar afdrijven. Een boogseconde is 1/3600ste graad. Om deze hoek redelijk goed te kunnen meten, had GP-B een fantastische precisie nodig van 0.0005 boogseconden. Het is net als het meten van de dikte van een vel papier dat op 100 mijl afstand wordt gehouden.
GP-B-onderzoekers bedachten hele nieuwe technologieën om dit mogelijk te maken. Ze ontwikkelden een 'sleepvrije' satelliet die tegen de buitenste lagen van de atmosfeer van de aarde kon komen zonder de gyros te storen. Ze kwamen erachter hoe ze het doordringende magnetische veld van de aarde buiten het ruimtevaartuig konden houden. En ze verzonnen een apparaat om de draaiing van een gyro te meten - zonder de gyro aan te raken.
Het experiment afleggen was een uitzonderlijke uitdaging. Er stond veel tijd en geld op het spel, maar de GP-B-wetenschappers lijken het te hebben gedaan.
'Er waren geen grote verrassingen' in de prestaties van het experiment, zegt natuurkundeprofessor Francis Everitt, hoofdonderzoeker voor GP-B aan de Stanford University. Nu het verzamelen van gegevens is voltooid, zegt hij dat de stemming onder de GP-B-wetenschappers "veel enthousiasme is, en het besef ook dat er veel hard werk voor ons ligt".
Er vindt een zorgvuldige, grondige analyse van de gegevens plaats. De wetenschappers doen het in drie fasen, legt Everitt uit. Eerst bekijken ze de gegevens van elke dag van het jaarlange experiment en controleren ze op onregelmatigheden. Vervolgens splitsen ze de gegevens op in stukjes van ongeveer een maand en kijken ze tenslotte naar het hele jaar. Door het op deze manier te doen, zouden de wetenschappers problemen moeten kunnen vinden die een eenvoudigere analyse zou kunnen missen.
Uiteindelijk zullen wetenschappers over de hele wereld de gegevens onder de loep nemen. Everitt zegt: "we willen dat onze strengste critici ons zijn."
De inzet is hoog. Als ze de draaikolk precies zoals verwacht detecteren, betekent dit gewoon dat Einstein weer gelijk had. Maar wat als ze dat niet doen? Er is mogelijk een fout in de theorie van Einstein, een kleine discrepantie die een revolutie in de natuurkunde aankondigt.
Maar eerst moeten er veel gegevens worden geanalyseerd. Blijf kijken.
Oorspronkelijke bron: NASA News Release
