Es gibt eine Zeile aus einer frühen Folge von Die Urknalltheorie Serie, in der die Schwerkraftsonde B als „Einblicke“ in Einsteins vorhergesagten Frame-Drag-Effekt beschrieben wird. In der Realität ist nicht ganz klar, dass das Experiment einen Frame-Drag-Effekt definitiv von einem Hintergrundrauschen unterscheiden konnte, das durch einige äußerst geringfügige Aberrationen in seinem Erkennungssystem verursacht wurde.
Ob dies als ein Blick zählt oder nicht - Frame-Dragging (die angeblich letzte ungetestete Vorhersage der allgemeinen Relativitätstheorie) und die Schwerkraftsonde B sind im öffentlichen Bewusstsein miteinander verbunden. Hier ist eine kurze Einführung, was die Schwerkraftsonde B möglicherweise gesehen hat oder nicht.
Der Satellit Gravity Probe B wurde 2004 gestartet und in eine polare Umlaufbahn von 650 Kilometern Höhe um die Erde gebracht, in der sich vier sphärische Gyroskope drehen. Das experimentelle Design schlug vor, dass sich diese Gyroskope, die sich in einer Umlaufbahn im freien Fall bewegen, ohne Raum-Zeit-Krümmung oder Frame-Dragging drehen sollten, wobei ihre Rotationsachse zielsicher auf einen entfernten Bezugspunkt ausgerichtet ist (in diesem Fall der Stern IM Pegasi). .
Um elektromagnetische Störungen durch das Erdmagnetfeld zu vermeiden, wurden die Gyroskope in einem mit Blei ausgekleideten Thermoskolben untergebracht, dessen Hülle mit flüssigem Helium gefüllt war. Dies schützte die Instrumente vor externen magnetischen Interferenzen und der Kälte ermöglichte die Supraleitung innerhalb der Detektoren, die zur Überwachung des Spin der Gyroskope ausgelegt waren.
Langsam austretendes Helium aus dem Kolben wurde ebenfalls als Treibmittel verwendet. Um sicherzustellen, dass die Gyroskope im freien Fall bleiben, falls der Satellit einem Luftwiderstand ausgesetzt ist, kann der Satellit winzige Flugbahnanpassungen vornehmen und sich im Wesentlichen selbst um die Gyroskope fliegen, um sicherzustellen, dass sie niemals mit den Seiten ihrer Container in Kontakt kommen.
Nun, obwohl sich die Gyroskope im freien Fall befanden, war es ein freier Fall, der sich um einen Raum-Zeit-Warping-Planeten drehte. Ein Gyroskop, das sich mit konstanter Geschwindigkeit in einem relativ leeren Raum bewegt, befindet sich ebenfalls in einem „schwerelosen“ freien Fall - und es ist zu erwarten, dass sich ein solches Gyroskop unbegrenzt um seine Achse dreht, ohne dass sich diese Achse jemals verschiebt. In ähnlicher Weise gibt es nach Newtons Interpretation der Schwerkraft - einer Kraft, die in einem Abstand zwischen massiven Objekten wirkt - keinen Grund, warum sich auch die Drehachse eines Gyroskops in einer Umlaufbahn im freien Fall verschieben sollte.
Für ein Gyroskop, das sich in Einsteins Interpretation einer steil gekrümmten Raumzeit bewegt, die einen Planeten umgibt, sollte sich seine Drehachse in den Hang der Raumzeit „beugen“. Über eine vollständige Umlaufbahn der Erde zeigt die Drehachse also in eine etwas andere Richtung als die Richtung, aus der sie gestartet wurde - siehe die Animation am Ende dieses Clips. Dies wird als geodätischer Effekt bezeichnet - und die Schwerkraftsonde B hat die Existenz dieses Effekts mit einer Wahrscheinlichkeit von nur 0,5% effektiv nachgewiesen, dass die Daten einen Null-Effekt zeigten.
Die Erde ist jedoch nicht nur ein massives Raum-Zeit-Kurvenobjekt, sondern dreht sich auch. Diese Rotation sollte theoretisch einen Widerstand für die Raumzeit erzeugen, in die die Erde eingebettet ist. Dieses Frame-Ziehen sollte also etwas, das sich in der Umlaufbahn befindet, in Richtung der Erdrotation ziehen.
Wenn der geodätische Effekt die Drehachse eines polar umlaufenden Gyroskops in Breitenrichtung verschiebt, sollte das Ziehen mit dem Rahmen (auch als Lense-Thirring-Effekt bekannt) in Längsrichtung verschoben werden.
Und hier lieferte die Schwerkraftsonde B nicht ganz. Es wurde festgestellt, dass der geodätische Effekt die Spinachse des Gyroskops um 6.606 Millisekunden pro Jahr verschiebt, während der Frame-Drag-Effekt sie voraussichtlich um 41 Millisekunden pro Jahr verschieben wird. Dieser viel geringere Effekt war schwer von einem Hintergrundgeräusch zu unterscheiden, das sich aus winzigen Unvollkommenheiten in den Gyroskopen selbst ergibt. Zwei Hauptprobleme waren anscheinend ein sich ändernder Polhodenpfad und eine größere als erwartete Manifestation eines Newtonschen Kreiseldrehmoments - oder sagen wir einfach, dass die Gyroskope trotz aller Bemühungen immer noch ein wenig wackelten.
Es wird derzeit daran gearbeitet, die erwarteten Daten von Interesse mühsam aus dem verrauschten Datensatz zu extrahieren, und zwar über eine Reihe von Annahmen, die möglicherweise noch Gegenstand weiterer Debatten sind. In einem Bericht aus dem Jahr 2009 wurde dies mutig behauptet Der Frame-Drag-Effekt ist jetzt in den verarbeiteten Daten deutlich sichtbar - obwohl die Wahrscheinlichkeit, dass die Daten einen Null-Effekt darstellen, an anderer Stelle mit 15% angegeben wird. Vielleicht ist ein Blick eine bessere Beschreibung für den Moment.
Die Schwerkraftsonde A wurde übrigens bereits 1976 gestartet - und bestätigte in einer zweistündigen Umlaufbahn Einsteins Rotverschiebungsvorhersage auf 1,4 von 10.000 Teilen. Oder lassen Sie uns einfach sagen, dass eine Uhr in 10.000 km Höhe deutlich schneller läuft als eine Uhr am Boden.
Weiterführende Literatur: Das Schwerkraftsonden-B-Experiment auf den Punkt gebracht.
