Das Konzept eines Künstlers der verdrehten Raumzeit um die Erde. Bildnachweis: NASA. klicken um zu vergrößern
Befindet sich die Erde in einem Wirbel der Raumzeit?
Wir werden bald die Antwort wissen: Ein physikalisches Experiment der NASA / Stanford namens Gravity Probe B (GP-B) hat kürzlich ein Jahr lang wissenschaftliche Daten im Erdorbit gesammelt. Die Ergebnisse, deren Analyse ein weiteres Jahr dauern wird, sollten die Form der Raumzeit um die Erde und möglicherweise den Wirbel aufdecken.
Zeit und Raum sind nach Einsteins Relativitätstheorien miteinander verwoben und bilden ein vierdimensionales Gewebe namens "Raum-Zeit". Die enorme Masse der Erde grübelt diesen Stoff, ähnlich wie eine schwere Person, die mitten auf einem Trampolin sitzt. Die Schwerkraft, sagt Einstein, ist einfach die Bewegung von Objekten, die den kurvenreichen Linien des Grübchens folgen.
Wenn die Erde stationär wäre, wäre das das Ende der Geschichte. Aber die Erde ist nicht stationär. Unser Planet dreht sich, und der Spin sollte das Grübchen leicht verdrehen und es in einen 4-dimensionalen Wirbel ziehen. Dies ist, was GP-B in den Weltraum ging, um zu überprüfen
Die Idee hinter dem Experiment ist einfach:
Bringen Sie ein sich drehendes Gyroskop in eine Umlaufbahn um die Erde, wobei die Drehachse als fester Bezugspunkt auf einen entfernten Stern zeigt. Frei von äußeren Kräften sollte die Achse des Gyroskops weiterhin auf den Stern zeigen - für immer. Wenn der Raum jedoch verdreht ist, sollte die Richtung der Gyroskopachse mit der Zeit driften. Durch Feststellen dieser Richtungsänderung relativ zum Stern konnten die Drehungen der Raumzeit gemessen werden.
In der Praxis ist das Experiment enorm schwierig.
Die vier Gyroskope in GP-B sind die perfektesten Kugeln, die jemals von Menschen hergestellt wurden. Diese Ping-Pong-großen Kugeln aus Quarzglas und Silizium haben einen Durchmesser von 1,5 Zoll und unterscheiden sich von einer perfekten Kugel niemals um mehr als 40 Atomlagen. Wenn die Gyroskope nicht so sphärisch wären, würden ihre Spinachsen auch ohne die Auswirkungen der Relativitätstheorie wackeln.
Berechnungen zufolge sollte die verdrehte Raumzeit um die Erde dazu führen, dass die Achsen der Gyros über ein Jahr nur 0,041 Bogensekunden driften. Eine Bogensekunde ist 1/3600 Grad. Um diesen Winkel einigermaßen gut zu messen, benötigte GP-B eine fantastische Genauigkeit von 0,0005 Bogensekunden. Es ist so, als würde man die Dicke eines Blattes messen, das 100 Meilen entfernt am Rand gehalten wird.
GP-B-Forscher haben völlig neue Technologien erfunden, um dies zu ermöglichen. Sie entwickelten einen "schleppfreien" Satelliten, der die äußeren Schichten der Erdatmosphäre berühren konnte, ohne die Gyros zu stören. Sie fanden heraus, wie das eindringende Magnetfeld der Erde vom Raumschiff ferngehalten werden kann. Und sie haben sich ein Gerät ausgedacht, um den Spin eines Kreisels zu messen - ohne den Kreisel zu berühren.
Das Experiment durchzuführen war eine außergewöhnliche Herausforderung. Es stand viel Zeit und Geld auf dem Spiel, aber die GP-B-Wissenschaftler scheinen es getan zu haben.
"Es gab keine größeren Überraschungen", sagt Physikprofessor Francis Everitt, Principal Investigator für GP-B an der Stanford University. Nachdem die Datenerfassung abgeschlossen ist, sei die Stimmung unter den GP-B-Wissenschaftlern "sehr enthusiastisch und die Erkenntnis, dass noch viel harte Arbeit vor uns liegt".
Eine sorgfältige und gründliche Analyse der Daten ist im Gange. Die Wissenschaftler werden es in drei Schritten tun, erklärt Everitt. Zunächst werden die Daten von jedem Tag des einjährigen Experiments auf Unregelmäßigkeiten überprüft. Als nächstes werden sie die Daten in ungefähr einmonatige Teile aufteilen und schließlich das ganze Jahr betrachten. Auf diese Weise sollten die Wissenschaftler in der Lage sein, Probleme zu finden, die bei einer einfacheren Analyse möglicherweise übersehen werden.
Schließlich werden Wissenschaftler auf der ganzen Welt die Daten untersuchen. Everitt sagt: "Wir wollen, dass unsere strengsten Kritiker wir sind."
Es geht um viel. Wenn sie den Wirbel genau wie erwartet erkennen, bedeutet dies einfach, dass Einstein wieder Recht hatte. Aber was ist, wenn sie es nicht tun? Es könnte einen Fehler in Einsteins Theorie geben, eine winzige Diskrepanz, die eine Revolution in der Physik ankündigt.
Zunächst müssen jedoch viele Daten analysiert werden. Bleib dran.
Originalquelle: NASA-Pressemitteilung
