Země zakřivuje časoprostor

6. květen 2011
Družice Gravity Probe B v zakřiveném časoprostoru Země

Vědci oznámili výsledky neobvyklého projektu, jehož účelem bylo potvrdit, že i Země zakřivuje podle Einsteinovy teorie relativity časoprostor ve svém okolí.

Tým vědců složený z odborníků Stanfordovy univerzity v Kalifornii a NASA oznámil výsledky projektu Epic Space-Time Experiment, jehož cílem bylo změřit zakřivení časoprostoru v okolí Země. Podle světoznámé Einsteinovy teorie relativity se časoprostor zakřivuje v místě hmotného bodu podobně jako plocha trampolíny, do jejíhož středu si stoupne člověk. Jedním z důsledků zakřivení časoprostoru je i ohyb světelného paprsku ze vzdáleného zdroje jdoucí silným gravitačním polem hmotného objektu, například hvězdy. S doposud nejsilnějším zakřivením časoprostoru se astronomové setkávali při pozorování obřích černých děr. Nyní se podařilo tento jev naměřit i v bezprostředním okolí naší mateřské planety.

Jednoduchá myšlenka, složitější praxe
Vědci využili jednoduchého fyzikálního postupu, podle něhož stačilo na oběžnou dráhu Země umístit gyroskop a jeho rotační osu namířit k libovolné hvězdě na obloze. V přítomnosti gravitačního pole Země zakřivujícího okolní časoprostor by se ale rotační osa měla pomalu začít stáčet. Naměřené změny v odchylce by pak mohly vědce dovést přímo k měřitelným hodnotám zakřivení časoprostoru.

Jeden ze 4 setrvačníků ve tvaru nejdokonalejší koule, co kdy člověk vyrobil

K realizaci projektu však bylo zapotřebí vyrobit gyroskop obsahující precizní setrvačník blížící se dokonalé kouli. K tomu se použil tavený křemen, z něhož vědci zkonstruovali hned 4 stejné koule zhruba o velikosti pingpongového míčku. Od dokonalosti je přitom dělily jenom povrchové vady nepřesahující tloušťku 40 atomových vrstev. To je pro představu řádově přibližně 100 000x méně, než je schopno rozlišit zdravé lidské oko. Šlo o nejdokonalejší koule, které kdy člověk vyrobil. A přesto jen o něco větší odchylky by způsobily kolísání setrvačníku i bez vlivu relativity a nic by se naměřit nepodařilo.

Výsledky relativně potěšily
Gyroskopy s těmito revolučně přesnými setrvačníky, k jejichž vytvoření bylo zapotřebí zcela nových konstrukčních metod, byly v roce 2004 vyneseny na oběžnou dráhu Země v družici nazvané Gravity Probe B (GP-B). Data se začala zpracovávat už v roce 2007, ale kvůli náročnosti jejich zpracování i finančním problémům se první výraznější výsledky dostaly na světlo světa až nyní. Přesto však vědci neskrývají jisté zklamání. V samém základě se podařilo teorii relativity potvrdit, ale vynaložené úsilí, peníze i roky času na projektu se získaným výsledkům nevyrovnaly. Rozhodně to ale přineslo motivaci zejména mladým studentům, kteří na základě výsledků projektu přicházejí s novými nápady, jak tento jev měřit.

Historický snímek zatmění Slunce 29. května 1919 s označenými hvězdami, jejichž změny poloh vůči známým hodnotám potvrdily teorii relativity

Eddington byl první
Obecná teorie relativity a vše s ní související fascinuje vědce už od počátku její existence v roce 1915, kdy se o ní Einstein poprvé zmínil během série přednášek před Pruskou akademií věd. Ve vědecké komunitě měla dost silnou nedůvěru, a to především proto, že se nedala v pozemských podmínkách nijak věrohodně dokázat. Přítrž tomu učinil až britský astrofyzik a Einsteinův přítel, Sir Arhur Eddington, který se se svým kolegou Edwinem Cottinghamem vydal na strastiplnou cestu na ostrov Principe (západně od afrického pobřeží) pozorovat úplné zatmění Slunce 29. května roku 1919. I přes počáteční nepřízeň počasí i další nemalé potíže se mu podařilo během zatmění zaznamenat nedaleko slunečního kotouče hvězdy, jejichž polohy byly v důsledku relativity posunuty přesně tak, jak to Einstein předpověděl. Výsledky tak všem třem přinesly celosvětové uznání a teorii relativity přivedly do obecné platnosti.

Spustit audio
autor: Petr Horálek