45 lat przygotowań do eksperymentu

Wirująca Ziemia porywa i skręca otaczającą przestrzeń niczym wiertło, które wbija się w tkaninę. To niezwykłe zjawisko, które teoria Einsteina przewidziała już blisko 100 lat temu, właśnie zostało potwierdzone

Przygotowanie eksperymentu, który po raz kolejny potwierdził, że Albert Einstein miał rację, trwało ponad pół wieku i kosztowało blisko 750 mln dol. Po drodze trzeba było wymyślić wiele nowych technologii, które doprowadziły m.in. do wykonania najbardziej okrągłej kuli na świecie, a także ulepszenia satelitarnego systemu lokalizacji GPS.

Wielu naukowców uważa, że nowa teoria grawitacji, którą Albert Einstein ogłosił w roku 1916, to najpiękniejsza teoria fizyki. Jego wielki poprzednik Isaac Newton, twórca prawa powszechnego ciążenia, w żaden sposób nie wyjaśnił, dlaczego każde dwa ciała obdarzone masą przyciągają się - skąd bierze się ta uniwersalna siła zwana grawitacją. Einstein wytłumaczył to zakrzywieniem czasoprzestrzeni.

Jego idea była rewolucyjnie prosta. Wyobraźmy sobie rozciągniętą gumową płachtę jako model niezakrzywionej czasoprzestrzeni. Połóżmy na niej ciężką kulę (to Ziemia). Płachta ugnie się pod jej ciężarem (czasoprzestrzeń zakrzywi się). Kula utworzy w niej lejowate wgłębienie, do którego będzie staczać się wszystko, co znajdzie się w pobliżu. Im masywniejsze ciało, tym większe stworzy zagłębienie w przestrzeni, a tym samym mocniej będzie do siebie przyciągać.

Teoria Einsteina wyjaśniała naturę grawitacji, a także przewidywała całkiem nowe zjawiska, o których w czasach Newtona nikt nie miał pojęcia. Okazuje się, że wirująca planeta nie tylko "wgniata" przestrzeń, ale także"ciągnie" ją w kierunku swego ruchu, powodując jej "skręcenie". Niczym wiertło, które wkręca się w tkaninę albo łyżka obracająca się w miodzie. - Przestrzeń kosmiczna przypomina lepką ciecz. Ziemia jest w niej zanurzona i kiedy się obraca, ciągnie tę ciecz za sobą - tłumaczy prof. Francis Everitt, fizyk z Uniwersytetu Stanforda w Kalifornii.

Prof. Everitt całe naukowe życie poświęcił temu, żeby wykryć i zmierzyć ten efekt w pobliżu wirującej Ziemi.Eksperyment zaplanowano w roku 1959 r., a Everitt dołączył do niego trzy lata później tuż po zrobieniu doktoratu z fizyki.

Ówczesna technologia nie umożliwiała jeszcze wykrycie "skręcenia" czasoprzestrzeni wokół wirującej Ziemi. Naukowcy chcieli dokonać tego za pomocą żyroskopów, które przypominają rozkręcone dziecięce bączki. Na żyroskopach oparte są współczesne systemy nawigacyjne. Dopóki ich nie trącimy, tj. nie użyjemy siły, to nie zmienią kierunku wirowania. Jeśli jednak przestrzeń wokół Ziemi jest zdeformowana, to żyroskop to odczuje - podobnie jak dziecięcy bączek, który natrafi na nierówność na stole.

Pomysł był taki, żeby zabrać żyroskopy w podróż orbitalną wokół Ziemi. Musiały być doskonale symetryczne, schłodzone do temperatury niemal zera bezwzględnego, by uniknąć drgań cieplnych, a także odizolowane od wszelkich zewnętrznych sił i wpływów. Chodziło o to, żeby zakłócenia ich ruchu można było przypisać wyłącznie deformacji czasoprzestrzeni.

Niezwykle ambitny i rozciągnięty w czasie projekt co najmniej siedem razy był skreślany z planów budżetowych NASA, ale dzięki uporowi prof. Everitta po 45 latach od chwili startu udało się go zrealizować. W 2004 r. na orbitę powędrowała sonda "Gravity Probe B" 640 km nad Ziemią. W wielkim termosie chłodzonym ciekłych helem i obudowie z ołowiu, chroniącej przez promieniowaniem kosmicznym i polem magnetycznym, umieszczono żyroskopy - cztery kule wielkości piłeczki pingpongowej. Wykonano je z kwarcu i powleczono cienką warstwą niobu. To były najbardziej idealne kule na świecie - gdyby je powiększyć do rozmiarów Ziemi, największe dołki i wzniesienia nie przekraczałyby 2,5 m.

Już na orbicie zostały rozkręcone do kilku tysięcy obrotów na minutę i skierowane tak, by oś obrotu wskazywała na jedną z gwiazd w konstelacji Pegaza. Według teorii Einsteina po rocznym okrążeniu Ziemi osie powinny się odchylić od wskazywanego celu o 40 milisekund łuku. To niezwykle mały kąt - odpowiada kątowemu rozmiarowi monety widzianej z odległości 100 km.



Naukowcy zdalnie obserwowali żyroskopy przez 17 miesięcy. Nie wszystko poszło zgodnie z planem. Okazało się, że nie udało się całkowicie odizolować żyroskopów - na powierzchni kul gromadził się statyczny ładunek elektryczny. Aż pięć lat trwała żmudna analiza wyników, żeby odsiać wpływ sił elektrycznych na ruch żyroskopów i odkryć zmarszczki w samej czasoprzestrzeni. W tym czasie skończyły się pieniądze z NASA, naukowcy musieli posiłkować się prywatnymi grantami - m.in. dostali 2,7 mln dol. od rodziny króla Arabii Saudyjskiej.

Wreszcie w zeszłym tygodniu mogli z dumą ogłosić, że rozpoczęty ponad pół wieku wcześniej projekt został zakończony, a Einstein z kolejnego sprawdzianu wyszedł niepokonany. Przestrzeń wokół Ziemi jest tak zdeformowana i skręcona, jak wynika z jego teorii.

(gazeta.pl)