לוויין דמוי כדור דיסקו אימת את איינשטיין בדיוק שיא

קבוצת אסטרונומים ופיזיקאים בהובלת איגנציו צ'ופוליני ממכון ווהאן לפיזיקה ומתמטיקה בסין דיווחה על המדידה המדויקת ביותר שנעשתה עד היום לאפקט לנסה-תירינג של כדור הארץ — תופעה זעירה אך חשובה שנובעת מתורת היחסות הכללית של אלברט איינשטיין. לפי החוקרים, הסיבוב של כדור הארץ גורר עמו את המרחב-זמן שסביבו, והמדידה החדשה הצליחה לצמצם את אי-הוודאות לרמה של 0.2% בלבד.

איך כדור הארץ "מסובב" את המרחב-זמן

לפי תורת היחסות הכללית, מסה אינה רק מפעילה כוח משיכה, אלא גם מעקמת את המרחב-זמן. כאשר הגוף המסיבי גם מסתובב, הוא יוצר מעין גרירה עדינה של המרחב-זמן סביבו. האפקט הזה, המכונה גם "גרירת מסגרת" או אפקט לנסה-תירינג, נוסח כבר ב-1918 בידי הפיזיקאים יוזף לנסה והנס תירינג.

במערכות קוסמיות קיצוניות, כמו חורים שחורים מסיביים שמסתובבים במהירות, קל יחסית לזהות את התופעה משום שהיא חזקה בהרבה. סביב כדור הארץ, לעומת זאת, מדובר באפקט חלש מאוד: כוכב הלכת שלנו קטן לאין שיעור מחור שחור טיפוסי, וגם קצב הסיבוב שלו מתון יחסית. לכן, ניסוי מדויק סביב כדור הארץ נחשב במשך שנים לאתגר מדעי וטכנולוגי מורכב במיוחד.

הלוויין הקטן שסיפק מדידה גדולה

כדי לבודד את האות הזעיר הזה, החוקרים השתמשו בלוויין ייעודי שמראהו הזכיר לצופים שילוב בין כדור גולף לכדור דיסקו. העיצוב הזה אינו קוריוז בלבד: לוויינים מסוג זה נבנים כך שישמשו מטרה מדויקת למדידות לייזר מהקרקע, באמצעות מחזירי-אור רבים הפזורים על פניהם. כך אפשר לעקוב בדיוק קיצוני אחר מסלולם בחלל ולמדוד שינויים זעירים בתנועתם.

לדברי צ'ופוליני וצוותו, היכולת לעקוב אחרי המסלול ברמת דיוק גבוהה מאוד היא שאפשרה להפיק את האומדן המשופר של אפקט הגרירה שגורם סיבובו של כדור הארץ. השיפור, לטענתם, משמעותי במיוחד משום שמדובר בבחינה של אחד המרכיבים הקשים ביותר לאימות ניסויי בתורת היחסות הכללית בסביבה הקרובה אלינו.

למה המדידה הזאת חשובה לפיזיקה

בדיקות של תורת היחסות הכללית כבר נערכו פעמים רבות, והיא נחשבת לאחת התיאוריות המצליחות ביותר בפיזיקה המודרנית. ובכל זאת, כל אימות מדויק נוסף חשוב למדענים, במיוחד כשמדובר באפקטים חלשים מאוד שדורשים הפרדה בין אות פיזיקלי אמיתי לבין רעשים, הפרעות כבידתיות והשפעות סביבתיות.

המדידה החדשה אינה משנה את התיאוריה של איינשטיין, אלא מחזקת אותה במקום שבו קשה במיוחד לבחון אותה. מעבר לערך העקרוני, מדידות כאלה תורמות גם לשיפור שיטות מעקב לווייני, להבנה טובה יותר של השדה הכבידתי של כדור הארץ ולפיתוח כלים מדויקים יותר למחקר חלל וגיאודזיה.

החוקרים מדווחים כי חוסר הוודאות במדידת אפקט לנסה-תירינג סביב כדור הארץ ירד כעת לרמה של 0.2%, נתון שמציב רף חדש בניסויים מסוג זה ומחזק פעם נוספת תחזית מרכזית של איינשטיין יותר ממאה שנה לאחר שנוסחה.