Vanda, Paula, Timóteusz2021. január 26., kedd
Tudomány

Fantasztikus kísérlet – tesztelik az általános relativitást

2003.11.20.Admin
National Geographic Magyarország

A fizika történetének egyik legdrágább és legkülönlegesebb kísérletére készülnek csillagászok, űrhajózási szakértők és a relativitáselmélettel foglalkozó kutatók. Igaz-e az Einstein által kidolgozott általános relativitáselmélet?

A kutatók az univerzum legmegfoghatatlanabb dolgát szeretnék most megmérni: a téridő görbületét. Mindehhez a valaha készült legtökéletesebb gömbökből állítják össze a legdrágább pörgettyűt (giroszkópot), amelyet valaha a Földön csináltak. Ezt a giroszkópot aztán fellövik az űrbe, Föld körüli pályára állítják, egy távoli csillagra fókuszálják, majd két év múlva megnézik, történt-e valamilyen változás.

Ha igen (és ez nem azért következett be, mert közben egy aszteroida becsapódott a mérőeszközbe), akkor igazolható lesz az általános relativitás elmélete, vagyis az, hogy az univerzum tér-időszerkezetét a nagytömegű testek, például a Föld nevű bolygó, eltorzíthatják.

Einstein tézisei

De nézzük miről is szól az einsteini relativitás elmélete? A híres fizikus speciális elméletét, miszerint a fény sebessége állandó, és ezt soha nem lehet felülmúlni, illetve, hogy a tömeg energiává alakulhat át, már sokszor igazolták. Többek között a hirosimai atombomba meggyőzően – talán túlzottan is meggyőzően – bizonyította Einstein ezen teóriáját (az ott ledobott bombában a maghasadáskor eltűnt tömeg alakult át energiává).

Sokkal nehezebb ugyanakkor igazolni az általános relativitáselméletet – magyarázza az angol napilap, a Guardian kommentátora. Az általános teória ugyanis a newtoni gravitációs elméletet egészítette ki azzal, hogy általános tér-időszerkezetet vázolt fel, amelyet helyenként a nagyobb tömegű testek (bolygók, csillagok) eltorzítanak.

Minél nagyobb tömegű egy égitest, annál nagyobb a téridő torzulása, annál jobban vonzza magához az űrben keringő testeket. Képletesen szólva: annál meredekebb gravitációs lejtőkön zuhannak felé a tárgyak, minél nagyobb tömegű a vonzást gyakorló égitest. A gravitációs lejtő „meredekségét” azonban nagyon nehéz megmérni. Természetesen itt nem „meredekséget” kell mérni, hanem a téridő-szerkezet torzulását.

Hogyan mérhető a téridő-torzulás?

Ennek a rendkívül elvont fogalomnak a mérésére már korábban kidolgoztak egy elképzelést. Az úgynevezett Gravitációs „A” Próba (Gravity Probe A) során 1976-ban egy atomórát vittek fel a világűrbe, és megerősítették, hogy megváltozik az idő, amennyiben a gravitáció gyengébbé válik.

A téridő torzulásának valódi mérése, az úgynevezett Gravitációs B Próba viszont korábban lehetetlennek, megvalósíthatatlannak tűnt. Ennek az elvét már 1960-ban kidolgozta Leonard Schiff, aki korábban az atombomba kifejlesztésében is részt vett Los Alamosban.

Schiff abból indult ki, hogy a forgó, pörgő égitestek nemcsak a tömegükkel befolyásolják a téridő szerkezetét, hanem állandóan mozgatják „a téridő szövetét”. Ennek a forgás következtében fellépő „ráncigálásnak” a mértékét szeretnék most az űrkutatók, a relativitáselmélettel foglalkozó fizikusok és a csillagászok megmérni.

Vákuumban a Föld körül

A mérés alapja az, hogy ha fellőnének Föld körüli pályára egy olyan giroszkópot, pörgettyűt, amely vákuumban forog a Föld körül, orbitális, a bolygó sarkpontjai fölött áthaladó pályán, akkor ennek az egyetlen távoli csillagra fókuszált pörgettyűnek a változásain pontosan ki lehet számítani a téridő torzulásának fokát. A pörgettyűt ugyanis a Föld gravitációs tömegének körülbelül 42 milliarc-másodpercnyi szöggel kell az eredeti forgási síkjából kimozdítania. Ez a kimozdulás olyan kicsi, hogy korábban senki sem vállalkozott a mérésére.

Az eltérés nagyságrendjét jól mutatja a Guardian hasonlata: körülbelül akkora az elmozdulás, mint amilyen szögben egy mérföldről (1, 6 kilométer) egy papírlap vastagsága látszana. Mindennek a gravitációs, illetve téridő-torzulásnak a megmérésére a NASA különleges berendezést készített. Az elmozdulás mérését az segíti, hogy a giroszkópot egy távoli csillagra, a Pegazus csillagképben lévő HR8703-ra fókuszálják, ehhez azonban roppant pontosságú távcsövekre van szükség. Ezután a giroszkópot ólomburokba kell helyezni, hogy a Föld mágneses mezeje ne befolyásolja a pörgést.

A szerkezetet ezután le kell hűteni az abszolút nulla fok közelébe, egészen pontosan 1, 8 kelvines hőmérsékletre. Ehhez szuperfolyékony héliumra van szükség. A giroszkópok egyébként nagy pontossággal csiszolt kvarcgömbökből állnak majd, amelyek mindegyike, vagyis mind a négy darab 38 milliméteres nagyságú. (A giroszkópok lebegését elektromos mező teszi majd lehetővé, továbbá gyakorlatilag nyomásmentes környezetben kell pörögniük.)

Kísérlet potom 650 millió dollárért

Minthogy egy ólommal lezárt szerkezetet nehéz a Földről megfigyelni, ezért szupravezető nióbiummal kellett bevonni az egész dobozt, hogy olyan mágneses mező keletkezzen, amelynek változását viszont már észlelni lehet a földi NASA-központból is.

Mindezen kívül az űrszondának, illetve a műholdnak két éven keresztül kell keringenie a Föld körüli pályán. Ezek után nem meglepő, ha a kísérlet kissé költségesnek tűnik: az egész próbálkozás potom 650 millió dollárból valósulhat meg. A berendezések mindenesetre már a kaliforniai űrállomáson, a Vandenberg légibázison várnak bevetésükre.

Ha sikerülne a 42 milliarc-másodpercnyi szögváltozást igazolni, akkor bizonyítottnak tekinthető az általános relativitáselmélet. Ha pedig nem, akkor lehet újabb elméleteket kidolgozni…

Hozzászólások

Elkezdődik a betegápoló humanoid robot tömeggyártása

Elkezdődik a betegápoló humanoid robot tömeggyártása

Idősek és betegek gondozásában nyújthat segítséget Sophia, a humanoid robot, amelynek idén kezdi meg tömegtermelését a hongkongi Hanson Robotics vállalat - tette közzé az MTI.

A Föld nitrogénkészlete jórészt helyi forrásból ered

A Föld nitrogénkészlete jórészt helyi forrásból ered

A földi nitrogén eredetét azért érdemes kutatni, mert ezzel azt is megtudhatjuk, vajon más bolygórendszerek alkalmasak-e az általunk ismert életre.

Változik a Mars mosolygó krátere

Változik a Mars mosolygó krátere

Szemmel láthatóan megváltozott a Mars déli sarkvidékén lévő mosolygó kráter arca.

A Mars egykor olyan lehetett, mint a mai Izland

A Mars egykor olyan lehetett, mint a mai Izland

Mintegy 3,5 milliárd évvel ezelőtti marsi állapotokba engednek bepillantást a Curiosity marsjáró által vizsgált Gale-kráter kövei.

Áthelyeződik az esőerdők öve a klímaváltozással

Áthelyeződik az esőerdők öve a klímaváltozással

Az előrejelzés szerint 2100-ra a biodiverzitást és az élelmiszer-biztonságot is befolyásolja majd az Egyenlítővel nagyjából egy sávban lévő trópusi esőerdők övezetét érintő változás.

National Geographic 2021. januári címlap

Előfizetés

A nyomtatott magazinra,
12 hónapra

11 160 Ft

Korábbi számok

National Geographic 2010. januári címlapNational Geographic 2010. februári címlapNational Geographic 2010. márciusi címlapNational Geographic 2010. áprilisi címlapNational Geographic 2010. májusi címlapNational Geographic 2010. júniusi címlapNational Geographic 2010. júliusi címlapNational Geographic 2010. augusztusi címlapNational Geographic 2010. szeptemberi címlapNational Geographic 2010. októberi címlapNational Geographic 2010. novemberi címlapNational Geographic 2010. decemberi címlapNational Geographic 2011. januári címlapNational Geographic 2011. februári címlapNational Geographic 2011. márciusi címlapNational Geographic 2011. áprilisi címlapNational Geographic 2011. májusi címlapNational Geographic 2011. júniusi címlapNational Geographic 2011. júliusi címlapNational Geographic 2011. augusztusi címlapNational Geographic 2011. szeptemberi címlapNational Geographic 2011. októberi címlapNational Geographic 2011. novemberi címlapNational Geographic 2011. decemberi címlapNational Geographic 2012. januári címlapNational Geographic 2012. februári címlapNational Geographic 2012. márciusi címlapNational Geographic 2012. áprilisi címlapNational Geographic 2012. májusi címlapNational Geographic 2012. júniusi címlapNational Geographic 2012. júliusi címlapNational Geographic 2012. augusztusi címlapNational Geographic 2012. szeptemberi címlapNational Geographic 2012. októberi címlapNational Geographic 2012. novemberi címlapNational Geographic 2012. decemberi címlapNational Geographic 2013. januári címlapNational Geographic 2013. februári címlapNational Geographic 2013. márciusi címlapNational Geographic 2013. áprilisi címlapNational Geographic 2013. májusi címlapNational Geographic 2013. júniusi címlapNational Geographic 2013. júliusi címlapNational Geographic 2013. augusztusi címlapNational Geographic 2013. szeptemberi címlapNational Geographic 2013. októberi címlapNational Geographic 2013. novemberi címlapNational Geographic 2013. decemberi címlapNational Geographic 2014. januári címlapNational Geographic 2014. februári címlapNational Geographic 2014. márciusi címlapNational Geographic 2014. áprilisi címlapNational Geographic 2014. májusi címlapNational Geographic 2014. júniusi címlapNational Geographic 2014. júliusi címlapNational Geographic 2014. augusztusi címlapNational Geographic 2014. szeptemberi címlapNational Geographic 2014. októberi címlapNational Geographic 2014. novemberi címlapNational Geographic 2014. decemberi címlapNational Geographic 2015. januári címlapNational Geographic 2015. februári címlapNational Geographic 2015. márciusi címlapNational Geographic 2015. áprilisi címlapNational Geographic 2015. májusi címlapNational Geographic 2015. júniusi címlapNational Geographic 2015. júliusi címlapNational Geographic 2015. augusztusi címlapNational Geographic 2015. szeptemberi címlapNational Geographic 2015. októberi címlapNational Geographic 2015. novemberi címlapNational Geographic 2015. decemberi címlapNational Geographic 2016. januári címlapNational Geographic 2016. februári címlapNational Geographic 2016. márciusi címlapNational Geographic 2016. áprilisi címlapNational Geographic 2016. májusi címlapNational Geographic 2016. júniusi címlapNational Geographic 2016. júliusi címlapNational Geographic 2016. augusztusi címlapNational Geographic 2016. szeptemberi címlapNational Geographic 2016. októberi címlapNational Geographic 2016. novemberi címlapNational Geographic 2016. decemberi címlapNational Geographic 2017. januári címlapNational Geographic 2017. februári címlapNational Geographic 2017. márciusi címlapNational Geographic 2017. áprilisi címlapNational Geographic 2017. májusi címlapNational Geographic 2017. júniusi címlapNational Geographic 2017. júliusi címlapNational Geographic 2017. augusztusi címlapNational Geographic 2017. szeptemberi címlapNational Geographic 2017. októberi címlapNational Geographic 2017. novemberi címlapNational Geographic 2017. decemberi címlapNational Geographic 2018. januári címlapNational Geographic 2018. februári címlapNational Geographic 2018. márciusi címlapNational Geographic 2018. áprilisi címlapNational Geographic 2018. májusi címlapNational Geographic 2018. júniusi címlapNational Geographic 2018. júliusi címlapNational Geographic 2018. augusztusi címlapNational Geographic 2018. szeptemberi címlapNational Geographic 2018. októberi címlapNational Geographic 2018. novemberi címlapNational Geographic 2018. decemberi címlapNational Geographic 2019. januári címlapNational Geographic 2019. februári címlapNational Geographic 2019. márciusi címlapNational Geographic 2019. áprilisi címlapNational Geographic 2019. májusi címlapNational Geographic 2019. júniusi címlapNational Geographic 2019. júliusi címlapNational Geographic 2019. augusztusi címlapNational Geographic 2019. szeptemberi címlapNational Geographic 2019. októberi címlapNational Geographic 2019. novemberi címlapNational Geographic 2019. decemberi címlapNational Geographic 2020. januári címlapNational Geographic 2020. februári címlapNational Geographic 2020. márciusi címlapNational Geographic 2020. áprilisi címlapNational Geographic 2020. májusi címlapNational Geographic 2020. júniusi címlapNational Geographic 2020. júliusi címlapNational Geographic 2020. augusztusi címlapNational Geographic 2020. szeptemberi címlapNational Geographic 2020. októberi címlapNational Geographic 2020. novemberi címlapNational Geographic 2020. decemberi címlapNational Geographic 2021. januári címlap

Hírlevél feliratkozás

Kérjük, erősítsd meg a feliratkozásod az e-mailben kapott linkre kattintva!

Kövess minket