Διαστημικό εργαστήριο για τον έλεγχο της θεωρίας της βαρύτητας του Αϊνστάιν

Του Κώστα Δεληγιάννη
Είχαν δίκιο τα εκατοντάδες άρθρα που γράφηκαν πέρυσι, με αφορμή τα 100 χρόνια από τη διατύπωση της Γενικής Σχετικότητας, να την περιγράφουν ως την «πιο όμορφη θεωρία της φυσικής»; Μέχρι σήμερα η απάντηση είναι καταφατική, αφού όλα τα πειράματα που έχουν γίνει, έχουν επιβεβαιώσει την αρχή της ισοδυναμίας, πάνω στην οποία βάσισε ο Άλμπερτ Αϊνστάιν το 1905 τη διατύπωσή της.

Ωστόσο, αν και σήμερα γνωρίζουμε με ποσοστό σφάλματος 1 προς 10 τρισεκατομμύρια πως ισχύει, αυτό δεν σημαίνει πως έχουν σταματήσει τα πειράματα που βάζουν στο «μικροσκόπιο» τη θεωρία, με σκοπό να την ελέγξουν ακόμη πιο εξονυχιστικά. Μάλιστα, ένα τέτοιο πείραμα, ξεκίνησε πριν από λίγες ημέρες στο διάστημα, από το γαλλικό Εθνικό Κέντρο Διαστημικών Ερευνών (CNES), με στόχο να 100πλασιάσει την ακρίβεια των μετρήσεων.
Για τον σκοπό αυτό, το CNES έχει θέσει σε τροχιά γύρω από τη Γη, σε ύψος περίπου 710 χιλιομέτρων, τον δορυφόρο Microscope (Micro-Satellite à traînée Compensée pour l'Observation du Principe d'Equivalence). Αν και ο Microscope εκτοξεύθηκε τον περασμένο Απρίλιο, οι επιστήμονες χρειάστηκαν το χρονικό διάστημα για την προετοιμασία του δορυφόρου, ώστε να ξεκινήσει να παίρνει μετρήσεις.
Έτσι, η επιστημονική φάση του πειράματος ξεκίνησε μέσα στον Δεκέμβριο και αναμένεται να διαρκέσει 18 μήνες. Σύμφωνα με τους επιστήμονες, τα τελικά αποτελέσματα αναμένεται να εκδοθούν τον Απρίλιο του 2017, δείχνοντας αν ισχύει ή όχι η Γενική Σχετικότητα – δηλαδή ούτε λίγο ούτε πολύ τη θεωρία που, μαζί με την κβαντομηχανική, αποτελούν τους δύο πυλώνες της σύγχρονης φυσικής.
Για να εξετάζει κατά πόσο παραβιάζεται την αρχή της ισοδυναμίας, ο Microscope θα ελέγξει μία χαρακτηριστική ιδιότητα του βαρυτικού πεδίου από την οποία απορρέει αυτή, και πιο συγκεκριμένα ότι κάθε σώμα κινείται υπό την επίδραση της βαρύτητας ανεξάρτητα από τη μάζα που έχει και τη σύστασή του.
Γνωστή ως νόμος της ελεύθερης πτώσης, η ιδιότητα αυτή περιγράφηκε για πρώτη φορά από τον Γαλιλαίο τον 17ο αιώνα, δηλαδή εκατοντάδες χρόνια πριν από τη Γενική Σχετικότητα. Μάλιστα, ένας διαδεδομένος μύθος στην ιστορία της φυσικής είναι πως ο Γαλιλαίος απέδειξε την ελεύθερη πτώση ρίχνοντας αντικείμενα διαφορετικής μάζας από τον Πύργο της Πίζας, παρόλο που Ιταλός φυσικός είχε απλώς περιγράψει το πείραμα.
Στα χρόνια που μεσολάβησαν μετά τη διατύπωση της Γενικής Σχετικότητας, και με δεδομένο πως ο νόμος της ελεύθερης πτώσης απέκτησε κεντρική βαρύτητα στη συγκεκριμένη θεωρία, επιβεβαιώθηκε από αρκετές μετρήσεις. Ωστόσο, το πρόβλημα είναι πως μέχρι σήμερα οι μετρήσεις αυτές έχουν γίνει από επίγεια πειράματα, τα οποία έχουν ένα ανυπέρβλητο όριο ακρίβειας, καθώς δεν μπορούν να «θωρακισθούν» καλύτερα από απειροελάχιστες διαταραχές, όπως οι δονήσεις που προκαλούν ακόμη και μακρινοί σεισμοί.
Έτσι, ο Microscope παίρνει τη σκυτάλη στο διάστημα, όπου δεν υπάρχουν τέτοιοι περιορισμοί και επομένως μπορεί να αυξήσει την ακρίβεια. Για αυτό τον σκοπό, στο εσωτερικό του δορυφόρου, υπάρχουν δύο ομόκεντροι κύλινδροι, κατασκευασμένοι από διαφορετικό υλικό – ο ένας από τιτάνιο και ο δεύτερος από ένα κράμα λευκόχρυσου - ροδίου.
Οι δύο κύλινδροι δέχονται μόνο την επίδραση της βαρυτικής έλξης. Μάλιστα, οι έξι μήνες προετοιμασίας χρειάστηκαν ώστε να διασφαλισθεί πως ο δορυφόρος παραμένει ανεπηρέαστος από την έστω και μικρή τριβή που δέχεται από την υποτυπώδη ατμόσφαιρα που υπάρχει σε αυτό το υψόμετρο, αλλά και από την πίεση της ηλιακής ακτινοβολίας.
Επομένως, στην περίπτωση που ισχύει η Γενική Σχετικότητα, τότε εκτελώντας ελεύθερη πτώση, θα πρέπει να εμφανίζουν την ίδια επιτάχυνση παρόλο που έχουν διαφορετική σύσταση. Αν όμως εμφανισθούν αποκλίσεις στις μετρήσεις, τότε το πείραμα θα έχει κλονίσει τα θεμέλια της θεωρίας.
πηγη