آزمون تئوری نسبیت

دقیق ترین ژیروسكوپ جهان برای آزمایش تئوری اینشتین آماده شده است. یك فضاپیمای ناسا كه برای آزمودن دو پیش بینی مهم تئوری نسبیت عام اینشتین طراحی شده است برای پرتاب در ماه جاری آماده می شود.
ماموریت كاوشگر گرانش B Gravity Probe B mission از چهار ژیروسكوپ بسیار دقیق استفاده می كند تا تئوری اینشتین را كه در سال ۱۹۱۶ ارائه شده است در بوته آزمونی دیگر قرار دهد. طبق این تئوری اینشتین، فضا و زمان در اطراف اجسام بسیار سنگین تغییر شكل یافته و خمیده می شود. این ماموریت توسط ناسا طراحی شده است و مركز مارشال اجرای آن را بر عهده دارد.
یك فضاپیمای ناسا كه برای آزمایش دو پیش بینی مهم تئوری نسبیت عام آلبرت اینشتین طراحی شده است در تاریخ ۱۷ آوریل ۱۹ فروردین سال جاری از پایگاه نیروی هوایی واندنبرگ كالیفرنیا به فضا پرتاب می شود. ماموریت كاوشگر گرانش ناسا كه GP_B نیز نامیده می شود، از چهار ژیروسكوپ بسیار دقیق استفاده می كند.
این ژیروسكوپ ها در یك ماهواره ویژه در مداری به دور زمین می چرخند و دو قسمت از پیشگویی های غیرمعمول تئوری اینشتین را كه در سال ۱۹۱۶ ارائه شده است عملاً مورد آزمایش قرار می دهند. در این تئوری اینشتین پیش بینی كرده است كه فضا و زمان به دلیل وجود اجسام بسیار سنگین خمیده می شود. دو اثری كه قرار است در این برنامه آزمایش شوند عبارتند از: اثر ژئودتیك (geodetic effect) كه نشان دهنده میزانی از انحنای فضازمان اطراف زمین در حالت سكون و اثر كشش چارچوب frame dragging كه نشان دهنده میزان كشش فضازمان اطراف زمین به دلیل چرخش آن است.
دكتر آن كینی (A.Kinney) مدیربخش اخترشناسی و فیزیك در دفتر علوم فضایی ناسا در واشنگتن می گوید: «كاوشگر گرانش B این توانایی را دارد كه خواص بنیادین جهان نامریی را بر ما آشكار می سازد، جهانی كه در مقایسه با انتظارهای روزمره ما بسیار عجیب و ناآشناست و اینشتین یك قرن پیش سعی كرد رازهای آن را بر ما آشكار سازد.
آزمودن جنبه های اساسی تئوری اینشتین- مثل همین آزمایش هایی كه GP_B انجام خواهد داد، اطلاعات بنیادی را برای پیشبرد علم فراهم خواهد آورد. نظیر چنین پیشرفت هایی پیش از این به طراحان كمك كرده است تا از دستاوردهای فناورانه برای طراحی ابزارهای مورد نیاز برای چنین ابزارهای فوق العاده دقیقی استفاده كنند.»
وقتی كه این فضاپیما در مدار قطبی زمین در ارتفاع ۶۴۰ كیلومتری زمین قرار گیرد، در هر ۵/۹۷ دقیقه از هر دو قطب زمین گذشته و یكبار زمین را دور می زند. در برنامه ریزی های انجام شده درجه بندی و كنترل تجهیزات در مدار حدود ۴۰ تا ۶۰ روز طول می كشد و پس از آن دوره جمع آوری اطلاعات علمی فرامی رسد كه حدود ۱۳ ماه است.
GP_B برای آزمایش تئوری نسبیت عام، هر تغییری در محور چرخش ژیروسكوپ را نسبت به ستاره IM پگاسی ۸۷۰۳ HR كه ستاره راهنمای آن محسوب می شود، اندازه می گیرد. انتظار می رود برای این دوره آزمون كه بیش از یك سال طول می كشد، تغییر در محور چرخش به دلیل اثر ژئودتیك بسیار كوچك و حدود ۶/۶۶۱۴ هزارم ثانیه قوسی باشد و تغییر در محور چرخش كه توسط اثر كشش چارچوب ایجاد می شود، از این مقدار هم كوچك تر و در حدود ۹/۴۰ هزارم ثانیه قوسی است.
برای آنكه تصوری از مقدار این زاویه داشته باشید، فرض كنید ۱۰۰ كیلومتر از شیب ۹/۴۰ هزارم ثانیه قوسی را طی كنید، آن وقت ارتفاع شما نسبت به ارتفاع اولیه مسیر حدود ۵/۱ سانتی متر است.
طی این ماموریت اطلاعات حاصل از GP_B حداقل دوبار در روز ارسال می شود. ایستگاه های مستقر در زمین یا ماهواره ای ارسال اطلاعات ناسا می توانند این اطلاعات را دریافت كنند.
گردانندگان این آزمایش می توانند از طریق مركز عملیات ماموریت كه در دانشگاه استنفورد واقع است با GP_B ارتباط برقرار كنند. این اطلاعات همان طور كه حاوی اندازه گیری های بسیار دقیق از تغییر جهت محور چرخش ژیروسكوپ است می تواند گزارش هایی از نحوه عملكرد تجهیزات و فضاپیما را نیز در برداشته باشد. ماموریت GP_B در سال ۲۰۰۵ كامل می شود و برای تجزیه و تحلیل علمی این اطلاعات دوره یك ساله ای در نظر گرفته شده است.
پروفسور فرانسیس اوریت (F.Everitt) از دانشگاه استنفورد و محقق ارشد GP_B می گوید: «ساخت GP_B كاری بسیار پرزحمت و دشوار و نیازمند تلفیق ماهرانه گستره بسیار وسیع و غیرمعمولی از فناوری های جدید است. حیرت انگیز است كه توانستیم خود را برای پرتاب كاوشگر آماده كنیم.»
مركز پروازهای فضایی مارشال در هانتسویل آلاباما مدیریت برنامه GP_B را بر عهده دارد. دانشگاه استنفورد پیمانكار اصلی ناسا برای این ماموریت، آزمایش ها را انجام می دهد و مسئولیت طراحی و تولید تجهیزات علمی را علاوه بر انجام ماموریت و تحلیل اطلاعات بر عهده دارد.
لاكهید مارتین یكی از پیمانكاران مهم دیگر طراحی، ساخت و تولید فضاپیما و بعضی از تجهیزات داخلی آن را بر عهده داشت. مركز فضایی كندی ناسا و شركت بوئینگ مسئولیت پرتاب دلتای ۲، موشك حامل كاوشگر را بر عهده دارند.
GP _ A نام آزمایش دیگر در مورد گرانش و نسبیت بود كه ناسا در سال ۱۹۷۶ انجام داد. طبق تئوری نسبیت عام و خاص اینشتین، تغییر در گرانش و سرعت حركت باعث می شود سرعت گذر زمان تغییر كند. در آن سال ناسا برای آزمودن این تئوری از ساعتی استفاده كرد كه دقت آن در حد یك ثانیه در ۳ میلیون سال بود.
یك نمونه از این ساعت در زمین ماند و دیگری به ارتفاع ۱۰۰ هزار كیلومتری مدار زمین رفت كه شدت گرانش در آنجا بسیار كمتر از زمین است. با مقایسه زمان اندازه گیری شده توسط این ساعت مشخص شد كه تئوری اینشتین با دقت ۷ در یك میلیون صحیح است.

ترجمه : سلیمان فرهادیان

منبع : شبکه فیزیکی هوپا