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Donnerstag, 19.01.2017
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Raumsonde bestätigt Einsteins Raumzeit-Konzept

„Gravity Probe B” misst Einfluss von Erdmasse und Erdrotation auf die lokale Raumzeit

Gleich zwei Vorhersagen von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie hat jetzt die NASA-Sonde „Gravity-Probe-B“ erstmals experimentell bestätigt: Sie ermittelte die Verzerrung der lokalen Raumzeit durch die Masse der Erde und stellte dabei eine Übereinstimmung bis auf 0,28 Prozent genau mit der Theorie fest. Außerdem belegten die jetzt in der Fachzeitschrift „Physical Review Letters“ veröffentlichten Daten, dass auch die Rotation unseres Planeten die lokale Raumzeit beeinflusst, wie von Einstein postuliert.
Gravity Probe B misst die von der Erde erzeugte „Delle” in der Raumzeit

Gravity Probe B misst die von der Erde erzeugte „Delle” in der Raumzeit

In seiner Allgemeinen Relativitätstheorie postulierte Albert Einstein, dass die Masse eines Objekts die lokale Raumzeit krümmt, ähnlich wie ein auf einer Luftmatratze einsinkender Körper. Demnach müsste auch die Erde die Matrix der Raumzeit durch diesen so genannten geodätischen Effekt um sich herum verändern. Aber auch die Rotation eines Planeten, so Einstein, übt einen Einfluss auf das lokale Umfeld aus: „Stellen Sie sich die Erde vor, als wenn sie in Honig getaucht wäre. Wenn der Planet rotiert, dreht sich der Honig um sie herum leicht mit. Und genauso ist es mit der Raumzeit“, erklärt Francis Everitt von der Stanford Universität.

Einfluss des geodätischen Effekts auf die Messungen eines Gyroskops

Einfluss des geodätischen Effekts auf die Messungen eines Gyroskops

Gyroskope im All messen Raumzeit-Verzerrung


Um diese beiden Effekte direkt nachzumessen lancierte die NASA nach fast 40 Jahren Vorlauf- und Entwicklungszeit im Jahr 2004 die Sonde „Gravity-Probe-B“. 642 Kilometer über der Erdoberfläche stehend peilte sie in den 16 Monaten ihrer Laufzeit mit extremer Genauigkeit den Stern IM Pegasi an. Gäbe es die von Einstein vorhergesagten Verzerrungseffekte nicht, dürfte diese Peilung, einmal eingestellt, durch keine Außeneinflüsse verändert werden. Vier hochpräzise Gyroskope maßen dabei jede Krafteinwirkung von außen, wie sie beispielsweise durch die Verzerrung der Raumzeit und die Schwerkraftwirkung der Erde entstehen können.

GP-B Experiment

GP-B Experiment

Beide Effekte durch Messwerte bestätigt


Und tatsächlich machten sich solche Effekte an den ultrafeinen Sensoren der Sonde bemerkbar. Sowohl der geodätische als auch der durch die Rotation verursachte Effekt erzeugten winzige Verschiebungen in der Achse der Gyroskope. Das Ausmaß dieser Verschiebungen entsprach dabei fast genau dem, der nach Einsteins Theorie auftreten müsste. „GP-B hat zwei der grundlegendsten Vorhersagen von Einsteins Kosmos bestätigt“, erklärt Everitt. „Das hat weitreichende Folgen für die gesamte astrophysikalische Forschung.“


Die jetzt gemessenen Werte entsprechen den Vorhersagen für den geodätischen Effekt, die Verzerrung durch die Masse der Erde, mit einer Genauigkeit von bis auf 0,28 Prozent. Für den Effekt der Rotation liegen die Werte bei einer Genauigkeit von 19 Prozent. Ihre Bestätigung bildet nicht nur einen wichtigen Meilenstein in der Untermauerung von Einsteins Theorie, sie könnte auch wichtige Hinweise für eines der großen Ziele der modernen Physik liefern, die Vereinheitlichung der vier Grundkräfte des Universums.
(NASA / Stanford University, 06.05.2011 - NPO)
 
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