Художественная концепция искривленного пространства-времени вокруг Земли. Изображение предоставлено NASA. нажмите, чтобы увеличить
Земля в водовороте пространства-времени?
Мы скоро узнаем ответ: физический эксперимент НАСА / Стэнфордского университета под названием Gravity Probe B (GP-B) недавно завершил год сбора научных данных на орбите Земли. Результаты, на анализ которых уйдет еще один год, должны выявить форму пространства-времени вокруг Земли и, возможно, вихря.
Время и пространство, согласно теориям относительности Эйнштейна, сплетены вместе, образуя четырехмерную ткань, называемую «пространство-время». Огромная масса Земли покрыта ямочками этой ткани, как тяжелый человек, сидящий посреди батута. Гравитация, говорит Эйнштейн, - это просто движение объектов, следующих изогнутым линиям ямочки.
Если бы Земля была неподвижной, это было бы концом истории. Но Земля не стоит на месте. Наша планета вращается, и вращение должно слегка закрутить ямочку, вытягивая ее в четырехмерный вихрь. Это то, что GP-B отправился в космос, чтобы проверить
Идея эксперимента проста:
Поместите вращающийся гироскоп на орбиту вокруг Земли так, чтобы ось вращения была направлена к некоторой отдаленной звезде в качестве фиксированной контрольной точки. Свободная от внешних сил, ось гироскопа должна продолжать указывать на звезду - навсегда. Но если пространство искривляется, со временем направление оси гироскопа должно смещаться. Отметив это изменение направления относительно звезды, можно измерить завихрения пространства-времени.
На практике эксперимент чрезвычайно сложен.
Четыре гироскопа в GP-B - самые совершенные сферы, когда-либо сделанные людьми. Эти шарики размером с пинг-понг из плавленого кварца и кремния имеют ширину 1,5 дюйма и никогда не отличаются от идеальной сферы более чем на 40 атомных слоев. Если бы гироскопы не были такими сферическими, их оси вращения могли бы колебаться даже без влияния относительности.
Согласно расчетам, искривленное пространство-время вокруг Земли должно вызывать смещение осей гироскопов всего на 0,041 дуги в течение года. Угловая секунда составляет 1/3600 градуса. Чтобы измерить этот угол достаточно хорошо, GP-B требовалась фантастическая точность 0,0005 угловых секунд. Это все равно что измерить толщину листа бумаги, находящегося на расстоянии 100 миль от края.
Исследователи GP-B изобрели совершенно новые технологии, чтобы сделать это возможным. Они разработали спутник без перетаскивания, который мог бы касаться внешних слоев земной атмосферы, не нарушая гироскопы. Они выяснили, как удержать проникающее магнитное поле Земли от космического корабля. И они создали устройство для измерения вращения гироскопа, не касаясь гироскопа.
Проведение эксперимента было исключительной задачей. Много времени и денег было на кону, но ученые GP-B, похоже, сделали это.
«В ходе эксперимента не было никаких серьезных сюрпризов», - говорит профессор физики Фрэнсис Эверитт, главный исследователь GP-B в Стэнфордском университете. Теперь, когда сбор данных завершен, он говорит, что настроение ученых GP-B «большое энтузиазм, а также осознание того, что впереди нас ждет много тяжелой работы».
Тщательный, тщательный анализ данных ведется. Эверитт объясняет, что ученые сделают это в три этапа. Сначала они будут смотреть на данные каждого дня эксперимента в течение года, проверяя наличие нарушений. Затем они разбивают данные на куски длиной примерно в месяц и, наконец, смотрят на весь год. Делая это таким образом, ученые должны быть в состоянии найти любые проблемы, которые может пропустить более простой анализ.
В конце концов ученые всего мира будут тщательно изучать данные. Эверитт говорит: «Мы хотим, чтобы наши самые строгие критики были нами».
Ставки высоки. Если они обнаруживают вихрь, как и ожидалось, это просто означает, что Эйнштейн снова был прав. Но что, если они этого не делают? В теории Эйнштейна может быть недостаток, крошечное несоответствие, предвещающее революцию в физике.
Во-первых, есть много данных для анализа. Следите за обновлениями.
Первоисточник: пресс-релиз НАСА
