|
|
| |
Astronomowie badający najbliższe sąsiedztwo Ziemi ostatnio obserwują wiele nowych ciał należących do Układu Słonecznego. W niektórych kategoriach wzrost ten jest tak szybki, że czasem brak czasu, aby zapoznać się dokładnie ze wszystkimi odkryciami. To ostatnie dotyczy planetoid. Ilość znanych planetoid sięga już setek tysięcy.
Uczeni chcą się przekonać, czy wirująca Ziemia porywa swym ruchem otaczającą przestrzeń kosmiczną. Zadanie testowania prawdziwości ogólnej teorii względności Einsteina powierzono sondzie Gravity Probe-B. Misję tę zaplanowano już w 1959 r., ale była stale opóźniana z powodu mnożących się trudności technicznych. W końcu warty 650 milionów dolarów Gravity Probe-B wystartował 20 kwietnia 2004 roku z Vandenberg Air Force Base w Kalifornii. Wyniosła go na orbitę rakieta Boeing Delta 2.
Tor lotu satelity
Naukowcy porównują zachowanie Ziemi z wirującą w melasie kulą - gęsta ciecz przykleja się do kuli i obraca wraz z nią. Podobnie jest z czasem i przestrzenią, choć trudniej to sobie wyobrazić. W każdym razie obrót Ziemi powinien powodować zmianę orbity satelitów - i to właśnie zaobserwowano. Płaszczyzna orbity satelitów przesuwała się o dwa metry rocznie zgodnie z kierunkiem obrotu Ziemi.
 Badania przeprowadził międzynarodowy zespół, w którego skład weszli zarówno specjaliści z NASA, jak i amerykańskich i włoskich uniwersytetów. Naukowcy obserwowali przemieszczenia umieszczonych na orbicie okołoziemskiej satelitów, odbijających światło lasera. Satelitę LAGEOS 1 (foto obok) wystrzeliła NASA, a LAGEOS II to wspólne przedsięwzięcie NASA i włoskiej agencji kosmicznej ASI. Wyniki eksperymentu po raz pierwszy dokładnie potwierdziły przewidziany przez Einsteina efekt - obracająca się masa pociąga za sobą otaczającą ją przestrzeń. Wcześniejsze badania z roku 1988 nie były tak wiarygodne. Dokładność podniósł precyzyjny model pola grawitacyjnego Ziemi - EIGEN-GRACE02S, opracowany przez uczonych z Poczdamu. Uzyskane wyniki są w 99 procentach zgodne z teorią, a pozostały 1 procent to kwestia możliwości stosowanej metody.
Teraz czas na Gravity Probe B
Jeszcze dokładniejsze wyniki pozwoli uzyskać właśnie sonda NASA - Gravity Probe B. Na pokładzie sondy poleciały cztery najbardziej okrągłe kule, jakie kiedykolwiek wykonano na Ziemi. Mają rozmiar piłeczki pingpongowej, na orbicie zostaną rozkręcone i odegrają rolę precyzyjnych żyroskopów. Naukowcy będą badać minimalne zmiany kierunku rotacji żyroskopów, co posłuży jako idealny system odniesienia w naszej czasoprzestrzeni. Jeśli Einstein miał rację, to zamiast wskazywać jeden i ten sam kierunek, ich oś obrotu z czasem przesunie się. Eksperyment ma trwać 18 miesięcy. Badania mają na celu zaobserwowanie zjawisk przewidywanych przez ogólną teorię względności, takich jak zakrzywienie czasoprzestrzeni spowodowane masą Ziemi i jej rotacją.
 Ogólna teoria względności - tłumacząca zjawiska grawitacyjne własnościami geometrycznymi zakrzywionej czasoprzestrzeni, została sformułowana przez Einsteina w 1916 roku. W myśl tej teorii promień światła porusza się od punktu do punktu wzdłuż najkrótszej drogi, jednak ze względu na własności czasoprzestrzeni nie jest to prosta, lecz krzywa związana z „zanurzoną” w czasoprzestrzeni masą. Teoria ta przewiduje istnienie fal grawitacyjnych i czarnych dziur. Została potwierdzona eksperymentalnie przez obserwacje astronomiczne - m.in. zjawisko soczewkowania grawitacyjnego.
Lepsze rozumienie przestrzeni, czasu i grawitacji może dać zarówno długofalowe korzyści, jak i te mniejsze, takie jak lepsze zegary czy stacje globalnego pozycjonowania.
Trudne pytania:
1. Czy pole grawitacyjne wytwarza swoją własną grawitację?
Tak. Pole grawitacyjne ma energię tak jak pole elektromagnetyczne. Ta energia wytwarza swoją własną grawitację, a to oznacza, że w odróżnieniu od innych pól, grawitacja może oddziaływać sama ze sobą i nie jest „neutralna”.
2. Dawniej myślano, że przekroczenie bariery dźwięku jest niemożliwe. Czy z prędkością światłą nie jest tak samo?
Nie. W żadnym z eksperymentów przeprowadzanych przez ostatnie sto lat materia ani energia nie poruszała się z prędkością ani odrobinę większą niż światło. Jeśli jest jakiś sposób na to, by przekroczyć prędkość światła, to natura nie chce podzielić się z nami tą tajemnicą, pokazując chociaż pojedyncze takie zjawisko.
3. Jeśli podróżowalibyśmy z dużą prędkością w kosmosie, to czy RZECZYWIŚCIE starzelibyśmy się wolniej niż nasi rówieśnicy na Ziemi?
No, cóż... gigantyczna liczba eksperymentów z przyspieszaniem cząstek subatomowych i z zegarami w samolotach odrzutowych potwierdza, że czas biegnie w nich wolniej, ale przy prędkościach, jakimi dysponujemy, są to ułamkowe części sekundy. Dla cząstek subatomowych, które możemy rozpędzić do 99,9999% prędkości światła, efekt ten jest znacznie bardziej widoczny - ich czas trwania jest wielokrotnie większy. Ten efekt jest chyba wystarczająco RZECZYWISTY.
4. Jak można wytłumaczyć teorię względności Einsteina dwunastolatkowi?
Z dużym wysiłkiem. Jest po prostu za trudna do wytłumaczenia. Można oczywiście powiedzieć: „Jest tak, bo tak to zaobserwowano”. Właściwie żadna z teorii względności nie jest intuicyjna, nawet dla dorosłych. Można oczywiście powiedzieć, że są podstawowe zasady. Nic nie porusza się z prędkością większą niż światło. Obiekty poruszające się naprawdę szybko będą obserwowane jako poruszające się powoli, będą się zmniejszać wzdłuż kierunku swojego ruchu i zyskiwać masę. Wyjaśnienie tych zjawisk wymaga skomplikowanych metod matematycznych.
5. Jeśli w kosmosie jest tak małe tarcie, to dlaczego nie możemy osiągnąć prędkości światła dużą rakietą?
Ponieważ ograniczenie jest wbudowane w samą czasoprzestrzeń - są to właściwości pola grawitacyjnego wszechświata. Natura wydaje się zamknięta w tym limicie prędkości i chyba nie możemy zrobić nic, aby materia lub energia sięgnęły tej granicy. Tak samo jak nie możemy osiągnąć prędkości światła, nie możemy zmienić innych stałych w naturze.
6. Czy pętle w czasie rzeczywiście istnieją?
Raczej nie. Takie pętle pogwałciłyby związki przyczynowe - innymi słowy, pozwoliłyby na zaistnienie skutków przed ich przyczynami. Wszystko, co wiemy o mechanice wszechświata w skali większej niż skala kwantowa wskazuje, że nie istnieją takie zjawiska. Wszechświat wydaje się bardzo przestrzegać związków przyczynowo-skutkowych.
7. Czy astronauta może zmierzyć zwykłym zegarkiem relatywistyczną dylatację czasu?
Nie, ponieważ sumaryczna dylatacja wynikająca z ruchu astronauty i ruchu statku przez pole grawitacyjne Ziemi daje mniej niż mikrosekundę, więc wymagana jest precyzja sto razy wyższa niż zwykłego zegarka i czas badania trwający tydzień, by efekty ten był zauważalny. Większość zegarków ma dokładność co do sekundy.
8. Czy przestrzeń może istnieć sama, bez materii i energii wokół?
Nie. Eksperymenty wciąż wykazują, że nie ma przestrzeni oddzielonej od czasoprzestrzeni... nie istnieje miejsce, gdzie oddziaływania materii, energii i grawitacji nie miałyby wpływu na materię, energię i grawitację. Ogólna teoria względności mówi nam, że to, co nazywamy przestrzenią, jest po prostu inną formą pola grawitacyjnego wszechświata, więc przestrzeń i czasoprzestrzeń nie mogą i nie istnieją oddzielnie od materii i energii, które tworzą pole grawitacyjne. To nie spekulacje, tylko obserwacje.
9. Jakie obiekty poruszają się z prędkością bliską prędkości światła (wywołaną naturalnie lub przez człowieka)?
Jesteśmy w stanie przyspieszyć pojedyncze atomy, protony i elektrony do prędkości bardzo bliskich prędkości światła w akceleratorach w ośrodkach takich jak np. CERN, SLAC, Fermilab. Jesteśmy w stanie wykryć elektrony promieniowania kosmicznego, które zostały naturalnie przyspieszone do 99,9999% prędkości światła. W dalekim kosmosie obserwujemy strumienie plazmy wyrzucane z rdzeni galaktyk, a w najbardziej spektakularnych przypadkach strumienie te są skierowane prawie w naszym kierunku i możemy zobaczyć charakterystyczny efekt relatywistyczny, który sprawia, że strumienie te wydają się poruszać szybciej od prędkości światła... Nawet w rozbłyskach słonecznych można zaobserwować, jak cząstki są przyspieszane do bardzo dużych prędkości.
Ptolemeusz wynalazł wszechświat i przetrwał on dwa tysiąclecia. Newton wynalazł wszechświat i przetrwał on dwa wieki. Teraz Einstein wynalazł nowy wszechświat i nikt nie wie, jak długo on przetrwa.
George Bernard Shaw (1930)
LEKSYKON
Soczewkowanie grawitacyjne – zakrzywienie promieni świetlnych w polu grawitacyjnym masywnego ciała niebieskiego prowadzące do skupienia tych promieni w jednym punkcie. Efektem soczewkowania grawitacyjnego jest zjawisko pojawiania się pozornych ciał niebieskich - obrazów ciał rzeczywistych. Dopiero w roku 1979 udało się po raz pierwszy dostrzec na niebie obiekt soczewkowany grawitacyjnie, a był nim kwazar. Ciała niebieskie powodujące ten efekt nazwano soczewkami grawitacyjnymi, a są nimi m.in. galaktyki i gromady galaktyk (zaliczane do soczewek rozciągłych).
(M. Witan, Młody Technik)
|
|
|
|
|
