Je leest:

Eerste helft Einstein-test geslaagd

Eerste helft Einstein-test geslaagd

Auteur: | 16 april 2007

Wéér winst voor Einstein. Drie jaar lang zocht de satelliet Gravity Probe B naar barsten in Einstein’s relativiteitstheorie. Die voorspelt dat zwaartekracht subtiele, nog nooit gemeten effecten heeft in de buurt van de aarde. Aan iets bijgedraaide tollen in de satelliet is nu een van die krachtjes afgelezen. Of de 170 keer zwakkere frame-dragging óók is gemeten, durven de onderzoekers nog niet te zeggen.

Einstein’s Algemene Relativiteitstheorie, over ruimte, tijd, massa en zwaartekracht, heeft alweer een test glansrijk doorstaan. De Amerikaanse satelliet Gravity Probe B onderzocht de verschillen tussen de Newton’s theorie van de zwaartekracht uit 1687 en Einstein’s voorspellingen uit 1915. Tijdens de voorjaarsvergadering van de American Physical Society maakte onderzoeksleider Francis Everitt, hoogleraar natuurkunde aan Stanford University, de eerste resultaten bekend.

Gravity Probe B werd in 2004 gelanceerd. De satelliet deed een jaar lang metingen aan Einstein’s algemene relativiteitstheorie. Hier is een technicus bezig met het meetgedeelte van de satelliet. bron: Gravity Probe B. _ Klik op de afbeelding voor een grotere versie._

Kromme ruimte

Zwaartekracht is volgens Einstein een kuil in het weefsel van ruimte en tijd. Door zo’n kuil trekken rechte paden krom en maak je een bocht wanneer je eigenlijk rechtdoor wilt. Dat voelt als een kracht die naar een grote massa wijst – zwaartekracht. Gekromde ruimte draait je ook een beetje bij als je erdoorheen reist; volgens Newton doet zwaartekracht dat helemaal niet. Eigenlijk is het verschil tussen Newton en Einstein pas goed meetbaar in de extreme zwaartekracht van een neutronenster of zwart gat. Daar lopen klokken langzamer dan in de verre ruimte, of wordt een ruimteschip meegesleurd door het rondtollen van de massa. Natuurkundigen bedachten hoe ze relativiteit konden testen in de zwakke zwaartekracht van de aarde.

In de diepe ruimte, ver van alle massa’s verwijderd, is de ruimtetijd vlak: een recht coördinatenstelsel waarin je zonder afbuigende krachten kunt reizen. De massa van de aarde maakt een kuil in die vlakke ruimtetijd, zodat banen in de ruimte worden afgebogen. De draaiing van onze planeet voegt er een draaikolkeffect aan toe, dat kracht opzij in plaats van naar de planeet toe levert. bron: James Overduin, Pancho & Evelyn Eekels, Katherine Stephenson. _ Klik op de afbeelding voor een grotere versie._

Kristallen tollen

In het hart van Gravity Probe B cirkelden vier kristallen tollen een jaar lang gewichtsloos om onze planeet. Volgens Newton blijft hun draaias altijd in dezelfde richting wijzen. Einstein voorspelde juist dat zwaartekracht iets anders werkt; volgens zijn theorie verschuift de stand van de draaiende bollen door de kromming van de ruimtetijd. In de loop van een jaar zou de as bijdraaien. Dat de aardse zwaartekracht een kuil in de ruimtetijd slaat, is al goed voor een draaiing van twee duizendste graad in het omloopvlak van de satelliet. Dat effect, geodetische precessie, is nu aangetoond.

De twee relativiteits-krachten op Gravity Probe B. De vier kristallen tollen aan boord van de satelliet draaiden door geodetische precessie bijna twee duizendste graad bij; het 170 keer zwakkere effect van frame-dragging telt daar elf miljoenste graad draaiing bovenop. bron: Gravity Probe B. _ Klik op de afbeelding voor een grotere versie._

Meesleuren

De échte klapper wordt in december verwacht. Dan hoopt het Gravity Probe B-team te laten zien dat ook de draaiing van de aarde om zijn eigen as effect heeft op de zwaartekracht. Zulke frame-dragging sleurt de ruimte om de aarde mee met de draaiing om de as; het zou de kristallen tollen in de satelliet vanuit hun beginstand met elf miljoenste graad bijdraaien. De twee relativiteitseffecten zijn alleen te meten doordat de bollen zonder contact met de satelliet in hun behuizing draaien. Zelfs de lichtste wrijving verstoort de meting.

De uitkomst van het onderzoek liet op zich wachten door ruis in de meetgegevens. Kleine elektrische krachtjes in de satelliet hebben de kristallen gyroscopen iets afgebogen. Door de storing in kaart te brengen en uit het meetsignaal te verwijderen, krijgt Everitt’s team de hoofdprijs in zicht: tastbaar bewijs dat de relativiteitstheorie klopt. De afgelopen eeuw is al wel indirect bewijs verzameld, zoals de afbuiging van licht door de zon en verre sterrenstelsels of het langzamer lopen van een atoomklok op aarde dan in de ruimte. Natuurkundigen hopen door het onderzoek te achterhalen hoe goed Einstein’s theorie de wereld beschrijft. Eventuele fouten zijn aanwijzingen om een nog beter model van de zwaartekracht op te stellen.

Ruimtesonde bevestigt relativiteit

Meer over Gravity Probe B

Meer over relativiteit

Meer over Einstein

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 16 april 2007
NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.