NASAの重力実験で、地球の周囲に四次元の糖蜜の樽のような時空渦が発見される

日光浴をする人の体重でビーチチェアがたわむように、時空構造は地球の質量の周りで実際に歪んでいる。アルバート・アインシュタインが予測したとおりだ。そして、水中を泳ぐ水泳選手のように、地球の自転は時空自体の動きに影響を与える。NASAによると、人類の宇宙飛行以前の時代にまで遡る重力探査機が、ついに一般相対性理論の正しさを証明したという。

グラビティ・プローブBは、測地効果、つまり地球が位置する空間と時間を歪める程度と、フレームドラッグ、つまり地球の自転が時空を揺さぶる程度を測定した。

アインシュタインの相対性理論によれば、空間と時間は 4 次元の織物として織り合わされており、惑星や恒星のような重い物体は、椅子やトランポリンに座っている人のように、その織物を圧迫する。重力による引力は、実際には物体が歪んだ経路をたどるだけである。

さらに、巨大な物体の自転もこの構造に影響を与えるため、遠くにいる観測者は重力物体に近い物体が引きずられていると感じることになります。地球が液体の入った容器の中にあると考えてください。地球が自転すると、液体も渦巻き始め、地球の近くにあるすべてのものも渦巻き始めます。

もしこれが本当なら、ジャイロスコープの軸は遠くの星からの光と比較すると変化することになります。これが GP-B が設計された目的です。

地球から 400 マイル上空を極軌道で周回する GP-B には、ほぼ完璧とされる石英シリコン球でできた 4 つのジャイロスコープが搭載されており、ギネス世界記録に認定されています。衛星が周回している間、望遠鏡が 1 つの星、IM Pegasi を見つめていました。地球の質量が時空に影響を与えないのであれば、ジャイロスコープは永遠に同じ方向を向いているはずです。しかし、実際にはそうではなく、回転方向にわずかですが測定可能な変化が生じています。これは、1916 年にアインシュタインが予測したとおりです。

興味のある人のために説明すると、スタンフォード大学の主任研究者フランシス・エヴェリット氏によると、この衛星は測地歳差運動（時空の沈み込み）を6,600秒角プラスマイナス0.017、フレームドラッグ効果を0.039秒角プラスマイナス0.007測定した。1秒角は1度の3600分の1である。NASAからの電子メールによると、この衛星の精度は100マイル離れたところから紙の端を上にして厚さを測定するのと同等だという。Physical Review Lettersオンライン版に掲載された計算結果は、アインシュタインの予測と一致している。

科学者たちはこれを「素晴らしい成果」と呼んでおり、NASA は本日の記者会見でこのニュースを発表した。GP-B は 1959 年の構想から 2004 年の最終的な打ち上げまで、長い歴史の中で多くの紆余曲折を経験してきたが、この成功はそれを実現した。GP-B には、抗力、温度変動、軌道衛星への磁気の影響を軽減できる技術など、その過程で新たな革新が必要だった。GP-B の技術は GPS 機器に使用されており、宇宙マイクロ波背景放射を測定した NASA の宇宙背景探査ミッションでも使用された。GP-B は 2004 年にようやく打ち上げられたが、2008 年に資金が尽き、サウジアラビアの研究者が代わりに乗り出した。

セントルイスのワシントン大学の相対性理論の専門家クリフォード・ウィル氏は、GP-Bの遺産はこの相対性理論の検証となるだろうと語った。

「いつの日か、これは物理学史上の古典的な実験の一つとして教科書に載るだろう」と彼は語った。

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