Die vier perfektesten Kugeln, die der Mensch geschaffen hat, wurden Teil der vier perfektesten Kreisel - und ermöglichten es, die Gültigkeit von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie experimentell zu bestätigen.
Diagramm der Gravitationssonde B
Die Mission Gravity Probe B untersuchte zwei Implikationen von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie. Die erste davon ist die geodätische Präzession, der Effekt der Verzerrung des Raum-Zeit-Kontinuums durch die Erde, so wie ein Ball, der auf ein gespanntes Netz gelegt wird, es biegt. Die zweite ist die Präzession aufgrund des Widerstands des Trägheitskoordinatensystems. Vereinfachend können wir sagen, dass die rotierende Erde die Bewegung von Raum und Zeit um sich herum bewirkt, wie eine sich drehende Tänzerin einen Rock um sich windet. Das heißt, der erste Wert zeigt die Verzerrung der Struktur der Raumzeit durch den Einfluss der Erdmasse und der zweite - wie stark sie durch die Rotation des Planeten mitgerissen wird.
Das Wesen des im Orbit durchgeführten Experiments ist recht einfach zu verstehen. Nach den Gesetzen der klassischen Physik erfährt ein perfekter Kreisel ohne äußere Einflüsse keine Präzession: Seine Rotationsachse schwingt nicht. Leonard Schiff zeigte jedoch in den 1960er Jahren, dass eine der Folgen der von Einstein postulierten Inhomogenität der Raumzeit die Präzession des Kreisels sein würde.
Um diesen Effekt nachzuweisen, wurde ein Experiment mit der Installation von leistungsstarken und genauen Gyroskopen auf dem Satelliten entwickelt, die ihre Ausrichtung strikt beibeh alten. Wenn Sie das Gyroskop in einer geschlossenen Schleife umgeben (z. B. damit um die Erde fliegen), kehrt es in seine ursprüngliche Position zurück. Geschieht dies jedoch in einer gekrümmten Raumzeit, dann verschiebt sich seine Richtung um einen Winkel - für die auf dem Gravity-Probe-B-Apparat installierten Gyroskope sollte dieser Wert laut Berechnungen etwa 6,6 Bogensekunden (0,00180) pro Jahr betragen. Um den Widerstand eines Trägheitsbezugssystems zu messen, muss die Präzession 0,014 Bogensekunden (0,0000110) pro Jahr betragen. Auf diese Weise können wir die Auswirkungen der Allgemeinen Relativitätstheorie mit mathematischer Sicherheit bestätigen.
Um genaue Messungen durchführen zu können, wurde beschlossen, einen speziellen Forschungssatelliten in die Umlaufbahn zu bringen, der mit einem System aus vier Gyroskopen ausgestattet ist. Der Satellit verfolgt ständig seine Position auf dem Referenzstern, der als Leitstern des Doppelsternsystems HR 8703 im Sternbild Pegasus diente, hält seine Position im Weltraum und misst die mikroskopischen Präzessionen von Kreiseln. Das von Wissenschaftlern entwickelte Werkzeug kann zu Recht als Meisterwerk bezeichnet werden: In diesem Stadium der Verarbeitung der Ergebnisse wurde bereits die Genauigkeit der Festlegung der jährlichen Abweichung der Kreiselachse auf 0,05 Bogensekunden erreicht (und in den nächsten 8 Monaten ist die Genauigkeit soll auf 0,005 Bogensekunden erhöht werden). Die Kreiselkugeln – vielleicht die perfektesten Kugeln, die der Mensch geschaffen hat – sind bis auf atomare Ebene poliert. Eine Lage Bleifolie schützt vor äußeren elektromagnetischen Feldern.
Eingeführt im April 2004Der Satellit Gravity Probe B sammelt seit mehr als einem Jahr Daten von vier empfindlichen Gyroskopen, die auf ihm installiert sind. Neulich wurde der 18-monatige Prozess der Verarbeitung der von ihm erh altenen Informationen im Wesentlichen abgeschlossen, und Stanford-Professor Francis Everitt (Francis Everitt) berichtete über die vorläufigen Ergebnisse. Obwohl die endgültige Fertigstellung der Arbeiten erst für Ende des Jahres geplant ist, können wir bereits jetzt zuversichtlich sagen, dass die Allgemeine Relativitätstheorie eine brillante experimentelle Bestätigung gefunden hat: Die gemessene geodätische Präzession stimmt mit der berechneten mit einer Genauigkeit von mehr als 1 überein %. Die durch den Widerstand des Trägheitskoordinatensystems verursachte Präzession ist um zwei Größenordnungen schwächer, und die Wissenschaftler haben ihre Verarbeitung relativ dazu noch nicht abgeschlossen. Laut den Projektbeteiligten „ist es wie bei einer archäologischen Ausgrabung: Um die endgültige Genauigkeit zu erreichen, beginnt man mit einem Bulldozer zu graben, fährt mit einer Schaufel fort und endet mit der Feinarbeit mit Bürsten und Bürsten.“
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