Epische Studie bestätigt Einstein über Raum-Zeit-Wirbel um die Erde

Einstein hatte recht: Daistein vierdimensionaler Raum-Zeit-Wirbel um die Erde und die Drehung der ErdetutRaumzeit verdrehen.


Das sagt die NASA in einer Ankündigung, die 52 Jahre nachdem sich Wissenschaftler zum ersten Mal vorgestellt hatten, wie man Einsteins Theorie über die Raumzeit testen könnte – bevor die Technologie zum Testen überhaupt erfunden wurde. Die NASA gab am 4. Mai 2011 die Bestätigung des Vier-D-Raum-Zeit-Wirbels um die Erde bekannt.

Was bedeutet es? Wie Einstein in seiner 1916 veröffentlichten Allgemeinen Relativitätstheorie vorschlug, kann die Gravitation als die Bewegung von Objekten beschrieben werden, die gekrümmten Linien im Raum folgen – oder besser gesagtFreizeit, wie Einstein es genauer dargestellt hat. Die gekrümmten Linien werden durch das Vorhandensein einer Masse verursacht, zum Beispiel unserer Erde oder Sonne. Mit anderen Worten, nach Einstein bewirkt die Masse eine Krümmung der Raumzeit. Objekte, die sich in der Nähe dieser Masse bewegen, rollen auf sie zu, ähnlich wie ein Ball auf eine schwere Person zurollen würde, die auf einem Trampolin sitzt. Darüber hinaus sollte die Rotation der Erde eine Verdrehung im Gefüge der Raumzeit verursachen. Die Gravity Probe B (GP-B) der NASA bestätigte diese beiden Schlüsselvorhersagen, die aus Albert Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie abgeleitet wurden. Die Ergebnisse sind online im JournalPhysische Überprüfungsschreiben.


Künstlerisches Konzept der Schwerkraftsonde B, die die Erde umkreist, um die Raumzeit zu messen, eine vierdimensionale Beschreibung des Universums einschließlich Höhe, Breite, Länge und Zeit. Bildquelle: NASA

Der Physiker der Stanford University, Francis Everitt, leitender Ermittler der Gravity Probe B-Mission, sagte:

Die Raumzeit um die Erde scheint verzerrt zu sein, genau wie es die allgemeine Relativitätstheorie vorhersagt.

Clifford Will von der Washington University in St. Louis und ein Experte für Einsteins Theorien sagte:




Dies ist ein episches Ergebnis. Dies wird eines Tages als eines der klassischen Experimente der Physikgeschichte in die Lehrbücher eingehen. Nach Ansicht des Ausschusses, dem ich vorsitze, war diese Anstrengung wahrhaft heroisch. Wir waren einfach hin und weg.

GP-B wurde 2004 speziell für diesen Test entwickelt. Das Experiment verwendete vier ultrapräzise Gyroskope, um die hypothetischegeodätischer Effekt, die Krümmung von Raum und Zeit um einen Gravitationskörper undFrame-Ziehen, das Ausmaß, in dem ein sich drehendes Objekt bei seiner Rotation Raum und Zeit mitzieht. GP-B bestimmte beide Effekte mit beispielloser Präzision, indem es auf einen einzelnen Stern, IM Pegasi, in einer polaren Umlaufbahn um die Erde zeigte. Wenn die Schwerkraft Raum und Zeit nicht beeinflussen würde, würden die Gyroskope von GP-B im Orbit für immer in dieselbe Richtung zeigen. Aber zur Bestätigung von Einsteins Theorien erfuhren die Gyroskope messbare, winzige Änderungen ihrer Drehrichtung, während die Erdanziehungskraft an ihnen zog.

Francis Everitt, GP-B Principal Investigator an der Stanford University, erklärte:

Stellen Sie sich die Erde vor, als wäre sie in Honig getaucht. Wenn sich der Planet dreht, würde der Honig um ihn herum wirbeln, und dasselbe gilt für Raum und Zeit. GP-B bestätigte zwei der tiefgreifendsten Vorhersagen von Einsteins Universum, die weitreichende Auswirkungen auf die astrophysikalische Forschung haben. Ebenso werden die jahrzehntelangen technologischen Innovationen hinter der Mission ein bleibendes Erbe auf der Erde und im Weltraum hinterlassen.


GP-B ist eines der am längsten laufenden Projekte in der Geschichte der NASA. Die Forscher mussten ganz neue Technologien entwickeln – einige der genauesten und ausgereiftesten aller Zeiten – um die Gyroskope wackelfrei zu halten, während der Satellit die Erdatmosphäre und das Magnetfeld der Erde durchquerte, während sie gleichzeitig die Kreiseldrehung messen mussten, ohne sie zu berühren. Um die winzigen Winkel zu messen, die von Einsteins Theorie vorhergesagt wurden, musste das Gyroskop eines sein, dessen Drehachse jede Stunde, in der es sich drehte, nicht um mehr als ein Hundertmillionstel Grad von seinem Ausgangspunkt wegdriftete.

Die GP-B-Kreiselrotoren in der Größe von Tischtennisbällen und aus reinem Quarzglas mit Niobbeschichtung sind jetzt in der Guinness-Datenbank der Rekorde als die rundsten jemals hergestellten Objekte aufgeführt, die nur von Neutronensternen an Sphärizität übertroffen werden. Bildquelle: Stanford

Die jahrzehntelangen Innovationen, an denen eine Vielzahl von Personen beteiligt war, führten zu bemerkenswerten Errungenschaften und bahnbrechenden Technologien:

  • GP-B bot 100 Doktoranden und 15 Master-Studierenden an Universitäten in den USA ein Trainingsgelände. Mehr als 350 Studenten und mehr als vier Dutzend Gymnasiasten arbeiteten außerdem an dem Projekt mit führenden Wissenschaftlern und Luft- und Raumfahrtingenieuren aus Industrie und Regierung. Eine Studentin, die an GP-B arbeitete, wurde die erste Amerikanerin im Weltraum, Sally Ride. Ein anderer war Eric Cornell, der 2001 den Nobelpreis für Physik erhielt.
  • Der Startracker und die Gyroskope der Mission waren die genauesten, die je entwickelt und produziert wurden.
  • Wissenschaftler entwickelten Technologien zur Kontrolle von Umweltstörungen auf Raumfahrzeugen.
  • GP-B-Innovationen verbesserten die GPS-Technologien, die es Flugzeugen ermöglichen, ohne Hilfe zu landen.
  • Die Mission Cosmic Background Explorer der NASA verwendet GP-B-Technologien, um die Hintergrundstrahlung des Universums genau zu bestimmen. Diese Messung ist die Grundlage der Urknalltheorie und führte zum Nobelpreis für den NASA-Physiker John Mather.
  • Das schleppfreie Satellitenkonzept ermöglichte eine Reihe von Erdbeobachtungssatelliten. Diese liefern die genauesten Messungen der Erdform, die für die präzise Navigation zu Land und auf dem Meer und zum Verständnis der Beziehung zwischen Ozeanzirkulation und Klimamustern entscheidend sind.

Die seltsamen Vorhersagen von Einsteins Theorie können auf andere Teile des Universums angewendet werden, da der Raum-Zeit-Wirbel um die Erde um Schwarze Löcher, massereiche Neutronensterne und aktive galaktische Kerne herum vorhanden wäre.


Zusammenfassung: Wissenschaftler haben zwei der tiefgreifendsten Vorhersagen Einsteins über das Universum bestätigt – die sie als bezeichnetengeodätischer EffektundFrame-Ziehen. Mit anderen Worten, es gibt Bestätigung für einen vierdimensionalen Raum-Zeit-Wirbel um die Erde, der sich verdreht, wenn sich die Erde dreht. Der Satellit Gravity Probe B der NASA machte die Bestätigung mit Gyroskopen, die auf den Stern IM Pegasi gerichtet waren, während er sich in einer polaren Umlaufbahn um die Erde befand.

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