במסיבת עיתונאים שלשום במטה המרכזי של נאסא, חוקרים מסטנפורד הכריזו על תוצאות שמאמתות שני אפקטים חשובים מתורת היחסות הכללית של אינשטיין; תוצאות להן חיכו זמן רב מרכב החלל Gravity Probe B (GP-B): האפקט הגיאודטי ואפקט גרירת המרחב (לנס-טירינג) מהיחסות הכללית
במסיבת עיתונאים שלשום במטה המרכזי של נאסא, חוקרים מסטנפורד הכריזו על תוצאות שמאמתות שני אפקטים חשובים מתורת היחסות הכללית של אינשטיין; תוצאות להן חיכו זמן רב מרכב החלל Gravity Probe B (GP-B): האפקט הגיאודטי ואפקט גרירת המרחב (לנס-טירינג) מהיחסות הכללית
האפקטים היחסותיים שאומתו
רכב החלל גרביטי B שוגר ב-20 לאפריל 2004 והוא פותח ותוכנן כדי לבדוק שני ניבויים מתורת היחסות הכללית של אינשטיין:
1) ה”אפקט הגיאודטי”: זהו מושג טכני לתיאור התופעה של עקמומיות החלל-זמן בסביבות כדור הארץ, שנגרמת על ידי מסתו של כדור הארץ. למעשה עקמומיות החלל-זמן בסביבות גוף כבידתי כלשהו.
2) אפקט גרירת מרחב (לנס-טירינג): כדור הארץ המסתובב גורר יחד איתו את החלל-זמן.
ב-1960 הפיסיקאי התיאורטי לאונרד שיף (Schiff), ראש המחלקה לפיסיקה באוניברסיטת סטנפורד הציע את התסריט הבא: גירוסקופ אידיאלי המצוי במסלול סביב כדור הארץ, או סביב גוף מסיבי אחר, סובל משתי סוגי פרצסיה (נקיפה) יחסותית ביחס למערכת ייחוס רחוקה שלא סובלת מהפרעה:
1) פרצסיה גיאודטית במישור המסלול (למשל של כדור הארץ והירח סביב השמש) עקב עקמומיות לוקאלית של המרחב-זמן.
2) פרצסיה גרירת מרחב עקב סיבוב כדור הארץ.
האפקט האחרון של שיף קשור – אבל לא ממש זהה – לאפקט לנס-טירינג, אפקט גרירת מישור המסלול של לווין סביב פלנטה מסתובבת, כפי שחישבו ב-1918 לנס וטירינג. שיף נתן משוואה לפרצסיה של הגירוסקופ בתורת היחסות של אינשטיין. נאסא ב-1963 התעניינה בפרויקט של שיף (כמה שנים לפני השיגור לירח?…) כדי לאמת את תורת היחסות של אינשטיין.
המשוואה של שיף מכילה שתי תרומות, הראשונה היא האפקט הגיאודטי ואילו השנייה אפקט גרירת המרחב. עבור האפקט הגיאודטי יש צורך לקחת בחשבון את הפחיסות של כדור הארץ, שמשנה גם את המסלול וגם את האיבר שמייצג את האפקט במשוואה.
במסלול של 642 ק”מ של ה- GP-Bהפרצסיה הגיאודטית שמנובאת מהמשוואה של שיף היא 6,606 מילי ארק-שניות לשנה. וגרירת המרחב היא 0.39 מילי ארק-שניות לשנה. GP-B תוכנן למדוד את שני האפקטים עד לדיוק, שהוא קטן מ-0.5 מילי ארק-שניות לשנה. זה כמו למדוד עובי של נייר המצוי במרחק של כמאה מיליון קילומטרים מכאן.
הטכנולוגיה
רכב החלל בדק ניבויים אלה באמצעות גירוסקופים אולטרא מדויקיים במסלול סביב כדור הארץ. איסוף הנתונים החל ב-28 לאוגוסט, 2004 ומשימות המדע הסתיימו ב-29 לספטמבר, 2005. בחינת הנתונים הוכחה כמסובכת יותר משחשבו. החוקרים גילו שתי אנומליות תפקודיות במנוע של הגירוסקופ ובמתקן שלו, דבר שהוביל לסיבוכים ולשינויים בפרמטרים הפיסיקאליים שנמדדו.
הניסויים ברכב החלל גרביטי B למעשה דורשים שלושה רכיבים שהם לכאורה פשוטים: כוכב מנחה, טלסקופ וגירוסקופ, שהוא גוף כדורי מסתובב. הסתבר שבכל זאת ישנו קושי רב בבניית המערכת, שדרש המצאת טכנולוגיות חדשות. זקוקים למספר גירוסקופים מדויקים, שהם הרבה יותר מדויקים מאלה שמשמשים אותנו לניווט. זקוקים גם לטלסקופ, שגם הוא אמור להיות מדויק יותר מזה שעקב אחרי הכוכבים. החוקרים גם השתמשו בכוכב שישמש ככוכב מנחה, שהם מכירים את תנועתו ביחס למערכת האינרציאלית הרחוקה. הם בחרו במערכת בינארית בשם IM Pegasi. החוקרים גם נזקקו למידע מדויק אודות המסלול של רכב החלל כדי לכייל את הסיגנלים ולחשב את שני האפקטים המנובאים.
מכשיר הגרביטי B הוא ארוך וכולו הוכנס אל תוך תא ואקום, דיואר מלא בהליום סופר נוזל, שיוצר על ידי לוקהיד מרטין.
החלק המרכזי שלו הוא מבנה הקוורץ שמשולב בתוכו. בתוכו מצוי טלסקופ קאסגריין מקופל בעל קוטר עדשה של 0.14 מ’ ואורך פוקאלי של 3.81 מ’, שמחובר לבלוק קוורץ, שמכיל ארבעה גירוסקופים שתלויים בשורה – Gyro 1, Gyro 2, Gyro 3, Gyro 4 – בטווח של 0.1 מ”מ מלוע הטלסקופ.
כל גירוסקופ הוא בגודל של כדור פינג-פונג, בקוטר של 3.81 ס”מ, והוא כדור אידיאלי מבחינה מכנית, אבל הסתבר שלא מבחינה חשמלית, כפי שנראה בהמשך; ולכן הגירוסקופים לא התנודדו בצורה מושלמת. כל גירוסקופ היה תלוי חשמלית סביב מרכזו הגיאומטרי בתוך מתקן קוורץ כדורי.
לכדור הקוורץ של הגירוסקופ הותך ציפוי ניאוביום כמעט מושלם. כדי למדוד ברמת דיוק של מילי-ארק שניות לשנה, בטמפרטורות של הליום נוזלי, הציפוי מניאוביום נהפך לעל מוליך ולכן הוא מאפשר לזרמים חשמליים לזרום ללא התנגדות. ברגע שנוצר זרם חשמלי הוא לא דועך. הזרמים המסתובבים גורמים לשדה חשמלי שמכוון לכיוון מסוים, לכיוון של הכוכב המנחה, IM Pegasi. הניבוי לפי תורת היחסות הכללית הוא שצריכים להופיע שינויים קלים בכיוון של שדה חשמלי זה.
הגילוי נעשה על ידי מגנטומטר SQUID מאוד רגיש שמצומד לסליל על מוליך. התוצאות נפלטות בצורה גראפית: עוצמת המתח שתלויה בזווית ובכמה פרמטרים נוספים. הטלסקופ מכוון לכוכב המנחה IM Pegasi, והתוצאות נפלטות כפלט של הגירוסקופים וסיגנל כיול: תוצאות בנוגע לכוכב המנחה (השינויים במיקום הכוכב המנחה ביחס לתנועת כדור הארץ יחסית לשמש וביחס לתנועת רכב החלל גרביטי B סביב כדור הארץ). כמעט במשך מחצית מהמסלול של גרביטי B סביב כדור הארץ, הכוכב המנחה נסתר מהטלסקופ על ידי כדור הארץ.
שני גירוסקופים מסתובבים עם כיוון השעון ואילו השנים האחרים מסתובבים נגד כיוון השעון עם ציריהם בתחילה מיושרים לכוכב המנחה. כל גירוסקופ מודד את שני האפקטים היחסותיים. רכב החלל מתנודד באיטיות (מחזור של 77.5 שניות) סביב הקו לכוכב המנחה.
כדי לסובב גירוסקופ צריך ליישם מומנט כוח. כיצד ניתן לעשות זאת במתקן שמקורר על ידי הליום נוזלי? המתקן הקטן שבו היה נתון הגירוסקופ הכדורי מורכב משני חצאים. לכן עבור ה- GP-Bהטכניקה היחידה הייתה לגרום לגז הליום לנוע במהירות סונית ובצורה משתנה לצד הימני של המתקן של הגירוסקופ. ואז מכבים את הגז המסובב ונוצר מומנט הכוח.
ביצוע הניסויים
קליפורד וויל מאוניברסיטת וושינגטון בסנט לואיס עמד בראש הפאנל של ועדת המחקר הלאומית של נאסא שהחליטה לבדוק את התוצאות של תורת היחסות הכללית באמצעות רכב חלל גרביטי B.
הגרביטי B שוגר מבסיס חיל האוויר ונדנברג בקליפורניה ב-20 לאפריל, 2004. הגירוסקופים נכנסו לסיבוב וליישור סופי ב-29 לאוגוסט 2004. הדיואר נותר קר במסלול למשך 17 חודשים ותשעה ימים. סיבוב הגירוסקופים הושלם ב-14 ליולי 2004. איסוף הנתונים החל ב-28 לאוגוסט 2004. ואז החל שלב כיול מדעי מ-14 לאוגוסט 2005 ועד להרקת הדיואר ב-29 לספטמבר 2005. אולם, קריאת הנתונים הסתבכה ולקחה יותר מחמש שנים בגלל שהחלו להופיע ההפרעות.
ההפרעות בין 2005 ל-2011
הטלסקופ והדיואר תפקדו היטב, הגרביטי B שוגר על ידי רכב השיגור קרוב עד כמה שניתן למסלול אידיאלי. הגירוסקופים היו כמעט עשר בחזקת שש טובים יותר מאשר הגירוסקופים הטובים ביותר שמשמשים לניווט! הרעש מהמגנטומטר SQUID בקריאות הגירוסקופים היה למעשה פחות ממה שציפו לפני השיגור. ומדדים נוספים בניסוי היו מעבר למצופה. אז מה בעצם קרה בניסוי שעיכב אותו במשך למעלה מחמש שנים? שני סיבוכים שמקורם עוד באוילר ולאגרנג’ במאה ה-18:
1) שינוי במחזור ה-polhode של הגירוסקופ: מושג מוזר שמקורו במאה ה-18, כאשר המתמטיקאי השוויצרי לאונרד אוילר גזר קבוצת משוואות שתארו את הדינמיקה של גופים קשיחים בתנועה ללא מומנט כוח. בייחוד אוילר ובני זמנו ג’אן דלמבר, לואי לגרנג’ ואחרים, שמו לב לשינויים קלים בקו הרוחב עקב התנודדות כדור הארץ סביב ציר סיבובו הקוטבי. חלק מהתנודדות זו – שמאוחר יותר נקראה תנועת ה polhode – של כדור הארץ – התגלתה כנגרמת עקב ההתנהגות הטבעית של כדור הארץ המסתובב, שהיא חופשית ממומנט כוח. אולם מדענים דגולים אלה חשבו לתומם שכדור הארץ היה לגמרי גוף קשיח ולכן הם חישבו את מחזור התנודדות ה- polhode שלו כבערך 9-10 חודשים. במהלך המאה ה-19, לואי פאונסו, גיאומטריקן צרפתי, בן זמנו של לאון פוקו (שהמציא את הגירוסקופ) פיתח פירוש גיאומטרי לפיסיקה של גופים מסתובבים. פאונסו המציא את הביטוי polhode וגם herpolhode כדי לתאר את ההתנודדות הזו בתנועה של גופים קשיחים מסתובבים. פאונסו המציא את המונחים האלה מהמלים היווניות POLEזה קוטב ו- ODEזה מסלול. ולכן פירוש המלה הוא מסלול הקוטב. המשך ההסבר ואנימציה באתרים של סטנפורד ונאסא כאן:
תנועת הפולהוד הייתה צפויה מראש, אבל לא כן השינוי של מחזור הפולהוד. השינוי נגרם על ידי שטף לכוד (Trapped flux): תכונה של ציפוי הניאוביום העל-מוליך של הגירוסקופ. השטף נוצר על ידי קוונטות של שטף מגנטי הקרויות פלקסונים.
שינוי במסלול הפולהוד של הגירוסקופים גרם לקשיים במדידת האפקט היחסותי. הוא גם השפיע על הכיול של הנתונים של הגירוסקופ כנגד האברציה של הכוכבים. המדידה המגנטית באמצעות המגנטומטר המאוד רגיש של ציר סיבוב הגירוסקופ ומדידת הטלסקופ של מיקום הטלסקופ ביחס לכוכב המנחה אלה הן שתי מערכות נפרדות. לכן יש לכייל את המכשירים כדי להבטיח ששתי המערכות ימדדו את אותם הכיוונים. שינוי מסלול הפולהוד היקשה על פעולה זו. גם השטף המגנטי שהיה לכוד במנוע הגירוסקופים כאשר הם מקוררים לטמפרטורות על מוליכות הווה גורם נוסף שהקשה על פעולה זו.
2) שני אפקטים ניוטונים נוספים גרמו להפרעה ביישור של הגירוסקופים זה עם זה על ציר הסיבוב: נתגלו מומנטים של כוח ניוטונים גדולים מהצפוי בגירוסקופים בגלל זיהום על משטח המתכת של המנוע של הגירוסקופים. נוצר מומנט דיפול כולל שהיה באינטראקציה עם המתחים כאשר הגירוסקופ היה תלוי בתוך המתקן. כתוצאה נוצר מומנט כוח. בנוסף במהלך בחינת הנתונים החוקרים מצאו אפקט תהודה: הופיעו שינויים משמעותיים בכיוון של ציר הסיבוב של הגירוסקופ גם כתוצאה מזיהומים על משטח המתקן. השינויים הופיעו כאשר תדירות הפולהוד של הגירוסקופ הייתה כמעט שווה לתדירות הסיבוב של הלוויין סביב הציר לכוכב.
קריאת הנתונים
ישנם שני מקורות לפלט של נתונים: הטלסקופ והמגנטומטר. בנוסף יש חישובים שמבוצעים מבעוד מועד של האברציה ונתונים על הלוויין והגירוסקופים, נתוני הרעש וההפרעות. נבנה מודל ובונים תוכנה בהתאם לכל הנתונים המורכבים. לוקחים בחשבון את המודלים המתמטיים והפתרונות לגורמים שלמעלה, מחשבים הכל עבור קומבינציה של ארבעת הגירוסקופים ולוקחים בחשבון את גורמי הכיול. התוצאות שהתקבלו מאנליזה זו הן קונסיסטנטיות של ארבעת הגירוסקופים זה עם זה עם הערכים של תורת היחסות הכללית.
אתמול הפיסיקאי מאוניברסיטת סטנפורד פרנסיס אבריט, החוקר המוביל של משימת גרביטי B סיפר, שהחוקרים מדדו מהגירוסקופים זרם חשמלי שמכוון לכוכב המנחה (פרצסיה גיאודטית) של 6,600 פלוס מינוס 0.17 מילי ארק שניות ואפקט גרירת מרחב של 0.39 פלוס מינוס 0.7 מילי ארק שניות. התאמה מדויקת להפליא לניבויים התיאורטיים.
השלכות לחורים שחורים
לתוצאות משימת גרביטי B יש השלכות לגבי כוכבי ניטרונים, חורים שחורים וגרעיני גלקסיות אקטיביים. קליפורד וויל אומר שאם מנסים לסובב גירוסקופ בסביבה של מרחב-זמן מאוד מעוות, כמו למשל סביב חור שחור, הוא לא יבצע פרצסיה עדינה, אלא יתנודד בפראות וכנראה גם יתהפך. עתה נעבור למערכת בינארית של חורים שחורים, שבה חור שחור אחד מסתובב סביב האחר. כלומר, שהחור השחור במערכת הזאת מתנהג כמו גירוסקופ. תדמיינו מערכת של חורים שחורים מסתובבים, מתנודדים ומועפים. זה מה שתורת היחסות הכללית מנבאת ורכב החלל גרביטי B אימת שיכול לקרות.
50 תגובות
האם זה אומר שכאשר גוף בעל כבידה מסתובב, המרחב מתעוות פעם נוספת *בגלל הסיבוב* שלו?
כתבה מאוד מעניינת,כרגיל. סליחה על הבורות אבל שאלה טכנית- האם שימוש בג’ירו אופטי לא היה מקל משמעותית על ביצוע הניסוי (לפחות מבחינת הזנחת אפקטים מכניים)?
סתם טיפש:
למה אתה מוצא לנכון לחזור על מה שאמרתי (ושאני תמיד אומר) והוא שאין במדע הוכחות ולמה אתה מנסה ליצור מצג שווא כאילו עובדה זו חשובה לענייננו.
כותבי המאמר התלוננו (כפי שאמרתי – ואל תחזור ותאמר לי את מה שאמרתי) על שני דברים בלבד (קרא מחדש את תגובה 44 ואם יש צורך – קרא אותה עכשיו 7 פעמים):
האחד הוא השימוש במונח “הוכחה” – מושג שאינו נכון
השני הוא ייחוס כל תורת הייחסות לאיינשטיין תוך המעטה בערך תרומותיהם של מדענים אחריו.
הם לא (אני חוזר: לא!) דברו על הסברים אחרים לתופעות ואם לדעתך יש הסברים אחרים אתה מוזמן – כפי שכבר הצעתי לך בתגובה 46 (אבל נראה שבשיחה אתך נידונתי לחזור על כל דבר הרבה פעמים) – להציג לנו הסבר אחד נוסף.
מיכאל רוטשילד:
שלא תבין לא נכון, אני תומך בתורת היחסות הכללית, אבל הלווין לא הוכיח את אותן תיאוריות בצורה-חד-משמעית (כמו העובדה שכדור הארץ עגול ולא שטוח). הלווין אולי “אישש” אבל לא הפך את התיאוריות לעובדה חד משמעית.
ויש הסברים אחרים לאותן תופעות, אם כי רוב הקהילה המדעית דוחה את רובם (ואני מסכים עם אותה דחייה).
סתם טיפש:
בהתחלת דבריך אתה אומר מה שאמרתי בעצמי (שהפריע להם שהשתמשו בשמו של איינשטיין).
זה לא שייך לנכונות התיאוריה.
בסוף דבריך אתה סתם מחרטט.
תן לנו עוד הסבר אחד לשתי התופעות.
שיהיה ברור – גם אם תביא כזה הסבר – אין כזה הסבר בקישור שהבאת ואין בו שום טענה נגד נכונותה של תורת היחסות.
בכלל – אם לא היה ידוע לך עד כה – אז כדאי שתדע: כל המדע זה “רק תיאוריות”.
בכלל – כל מה שבני אדם יודעים וחושבים אלו רק תיאוריות.
המדע פשוט מודע לזה אבל מסתבר שאנשים כמוך לא.
מיכאל רוטשילד:
שני האפקטים הוצעו ע”י לנס ותירינג (כך שלהגיד “איינשטיין צדק”, הינו כביטול חשיבות עבודתם של פיזיקאים אחרים).
דבר שני, תורת היחסות הכללית היא עדיין בגדר תיאוריה (וכך גם התוצאות לאפקטים שבמאמר), וישנם הסברים אחרים אחרים לתוצאות הנ”ל.
סתם טיפש:
האם קראת את המאמר?
הוא לגמרי מסכים עם זה שמדובר באישוש (=אימות) משמעותי לתורת היחסות!
הוא רק מתנגד לשני דברים:
האחד הוא השימוש במילה הוכחה.
השני הוא השימוש בשמו של איינשטיין במקום בשם תורת היחסות.
הלווין אימת כמה מהתאוריות של את איינשטיין? ובכן, לא כולם מסכימים:
http://coraifeartaigh.wordpress.com/2011/05/23/gravity-probe-b-experiment-does-not-prove-einstein-right/
ממצאים מעניינים. מאוששים את הדעה שאיינשטיין הטיב לראות בעיני רוחו את הפיסיקה והדינמיקה של מרחב-זמן. מרתק איך התאוריות הללו יתחברו לתורת הקוונטים, השפעת אנטי חומר על המשוואות וכו׳ כדי שיכללו בתיאוריה אחת כוללת.
לצבי
אני מסכים עם דבריך.
אכן אינני מבין על מה ההתרגשות הגדולה מהערת ביקורת שולית.
בבניין ירושלים ננוחם.
א. בן נר,
אף אחד לא אומר שאתה לא צודק – ברור לכל שתיאוריה מדעית לעולם לא תוכח אלא מקסימום תאושש.
הנקודה היא שלמתוח את זה כביקרות על כתבה טובה, זה קטנוני…
ל : מאת נקודה: בתגובה להערתך האחרונה (37)
לדעתי גם כשאומרים – רצוי לדייק, אבל כשכותבים – על אחת כמה וכמה .
איפה נעלם יהודה סברדמיש???? איפה??????
א.בן נר.
במדע לא ניתן להוכיח דברים(אין כאן משפטים לוגיים מתימטיים שצריך להוכיח). ניתן רק להפריך אותם.
לכן, כשאומרים הוכח בניסוי מדעי יש אוטומטית להבין זאת ככך שהממצאים תואמים ותו לא.
מי שחושב אחרת לא מבין במדע כלל. ולכן לדעתי אפשר לכתוב הוכח וזה לא אמור להפריע. ולגבי הציבור, כם לגבם עדיף לכתוב הוכח, כיוון שכל כך הרבה שטויות הציבור חושב שהם מוכחים בזמן שהם לא, אז עדיף שיחשבו שתאוריות מוכחות.
מה זה הקטנוניות הזאת? הסיבה היחידה לכל ההצקות האלה היא שד”ר ויינשטיין עונה לכם.
אז מה, עדיף שתהיה כמו ד”ר נחמני? הכתבות שלו לא קריאות מפאת תרגום קלוקל וטעויות, אבל הפלא ופלא – רוב כתבותיו מחוסרות תגובות, מכיוון שהוא מעולם לא עונה ולא מתקן דבר.
פה מדובר בכתבה מושקעת, ברורה, עם כתבת שמוכנה להשקיע מאמץ נוסף ולהסביר את מה שלא מובן.
תחסכו ממנה את השטויות האלה.
אבי בליזובסקי, בכתבה עדיין יש טעות, ראה תגובות 6 (שלי) ו 15 (של מכאל).
בנימין זאב הרצל, איזה מן חוזה
זקן ארוך לו וצודק הוא, מן כזה
לו הכיר את הגברת וינשטיין גלי
היה אומר, המדינה זה לא פתרון ריאלי
אני לוקח את כל היהודים כולם
מעלה אותם על אונייה בים
ועם ביבי נתניהו המלח
לאו”ם אותם אשלח.
לד”ר גלי ויינשטיין ולרוח רפאים – היקרים
א]. לעצם העניין הערתי נכונה. גם במקור האנגלי לא מופיע השורש המקביל למונח “הוכח”
כגון : PROVE או PROOF .
ב]. טענתך כי לא את נתת את הכותרת לכתבה מהווה כסת”ח פורתא. מתקבל…בקושי.
זה מכובד למדי לתפוס מחסה מאחורי גבו הרחב של עורך האתר. ואולם…
אם לא את נתת את הכותרת לכתבה הרי שאת לא חייבת להצדיק אותה כפי שהנך עושה.
ג]. אל עורך האתר איני יכול לבוא בכל טענה שהיא, עקב הכבוד והערכה הרבה שאני רוכש לו על
על מפעלו היקר. לטעון כנגד עורך האתר על ליקויים כלשהם בכתבה זו או אחרת דומה בעיני
כמו לבוא אל הרצל בטענות על ליקויים כאלה ואחרים….במדינת היהודים.
בן נר
התרגום הנכון של המשפט “Einstein was right again” הוא: אינשטיין שוב צדק.
דר. וינשטיין
חבל שלא הוספת בשביל א. בן נר גם המלצה למילון אוקספורד (אנגלית-עברית)
בן נר,
קראת מה שכתבתי??
זה לא אני נתתי את הכותרת לכתבה ולכן לא אני תרגמתי את הביטוי הזה!
אז תחפש משהו אחר לרדת עלי.
הנה משהו שיכול לעזור לך לחפש:
http://www.easy2read.co.il/shop/product-info.asp?ProductID=12
לד”ר גלי וינשטיין
השאלה היא איך יש לתרגם לעברית את הביטוי האנגלי “right again” בהקשר המדעי.
התרגום היאה הוא “אושש שנית” או אפשר גם “הודגם שנית”. את בחרת במונח “הוכיח”.
בהקשר המדעי זאת טעות מהותית.
בן נר
התגעגעתי לקטילות שלך!
הכותרת ניתנה על ידי העורך של הידען בעקבות הידיעה של נאסא כאן:
http://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2011/04may_epic/
המשפט הראשון של הידיעה הוא:
Einstein was right again. There is a space-time vortex around Earth, and its shape precisely matches the predictions of Einstein’s theory of gravity.
הכותרות לכתבות ולידעות החדשותיות הן לא כותרות של מאמר בכתב עת מדעי.
“אינשטיין צדק” זו כותרת קלאסית לידיעה חדשותית.
הרי זה לא נכון מבחינת הדיוק הפיסיקאלי, כי לא מדובר באפקט שאותו הציע אינשטיין. האפקט הוצע על ידי לנס ותירינג. תורת היחסות הכללית היא של אינשטיין. ולמעשה הפרצסיה הגיאודטית ופרצסית גרירת המרחב שניהם הוצעו ב-1959-1960 על ידי לאונרד שיף וזה מה שאומת בניסוי. לא אומת שום דבר של אינשטיין! אבל האם אפשר לשים כותרת כמו: “אומתו שני אפקטים שהציע לאונרד שיף ביחסות כללית”? לא. זה טוב למאמר טכני. עם כותרת כזו אף אחד לא יקרא את הידיעה. ולכן שמים כותרת לידיעה חדשותית “אינשטיין צדק”.
צר לי שהקטילה שלך הפעם לא עבדה. אוייייי………. אויייי…………. אויייי………….
במקרים ממש קשים אני מבין כל מילה בנפרד.
ובכן
זה לא המקרה…
(:
לד”ר גלי וינשטיין
הורעפת מחמאות מלוא החופן אבל, הכותרת. כן כותרת הכתבה צורררררררמת.
“הלוויין Gravity Probe B הוכיח אחרי שש שנות עבודה: איינשטיין צדק”
אין ניסוי שיכול להוכיח תיאוריה. לאשש, יכול גם יכול אבל להוכיח ???
האם אין עדיפה כותרת דוגמת מאמרו של אוריאל בריזון משנת 2003, לאמור :
“הלוויין Gravity Probe B שישוגר בקרוב, עשוי לאשש תורת היחסות הכללית”
Shalom,
Great site and great article . Thank you Dr. Weinstein
I live in Chicago and huge fan of Science Friday program on NPR ( national Public Radio)
They interviewed recently the Gravity-B principal investigator.
go to : http://www.sciencefriday.com/program/archives/201105064
Listen on the site or download the podcast from iTunes
Have fun,
Aviel
גלי
לא פשוט אבל למה להניח הנחות מראש.
אולי תורידי את התוכנה ותנסי אותה.
תשובה מעולה, תודה רבה.
הנה ניסוי קטן בפיסיקה. לך לאמבטיה. תשים את הפקק בכיור ותמלא את הכיור במים עד הסוף. אחרי שמילאת את הכיור עד הסוף במים תשחרר את הפקק. מה אתה רואה? תראה את המים מסתובבים בספירלה סביב החור בכיור עד שהם יורדים למטה.
ככה כדור הארץ סוחף במעין מערבולת את המרחב-זמן שסביבו יחד איתו באפקט שקרוי גרירת המרחב.
אבל בוא נדבר על כוחות, כוחות גרביטומגנטיים.
עכשיו הסבר תיאורטי קצר. הכל למעשה מתחיל בגרביטומגנטיות ובמסות מסתובבות. תחשוב על כוכבים מסתובבים ועל חורים שחורים מסתובבים. למעשה אפקט גרירת המרחב קשור גם בעקרון מאך. אבל זה לפעם אחרת.
נגיד שיש לנו זרם של חלקיקים וחלקיק שנע ישירות מעל הזרם. אז מסלולו יתעקם עם כיוון תנועת הזרם. באנגלית אומרים “גרירת מערכת היחוס” (פריים), כי הזרם משנה את מערכת היחוס המקומית של החלקיק. החלקיק היה במנוחה רחוק ואז הוא נגרר לעבר הזרם, כאילו הזרם היה מעין סילון כזה של מים שדחף מים שהיו שקטים במנוחה לסביבתו.
נתבונן בכדור הארץ המסתובב ושדה הכבידה שלו. תחשוב על סיבוב כדור הארץ כמעין זרם של חומר שנע סביב לולאת מסה שמרוכזת בקו המשווה. אתה נמצא בצד אחד של הלולאה. כוחות גרביטומגנטיים מושכים אותך מהנקודה שבה אתה עומד ואילו מהצד הרחוק הם מושכים לשם. אבל יש איזה שהוא איזון אם אתה מצוי רחוק מכ”א.
עכשיו נמקם גירוסקופ מסתובב בדיוק במרכז לולאת המסה המסתובבת, שמייצגת מודל לכדור הארץ. הגירוסקופ הוא דיסקה מסתובבת, שמסתובבת סביב צירה ממערב למזרח (נגד כיוון השעון), סביב ציר אופקי שתמיד פונה לקו אורך 0 – כלומר למישור המשווה.
מעל לגירוסקופ, לולאת המסה נעה לכיוון קו אורך 90 מעלות מערבה. החלק של כדור הארץ בקוי אורך מערביים, שנע ממערב למזרח מפעיל כוח גרר על חלקו העליון של הגירוסקופ ומושך אותו לעבר הכיוון של קו אורך של 0 מעלות.
ואילו החלק של כדור הארץ בצד השני של הגירוסקופ, בקווי אורך מזרחיים, נע בכיוון ההפוך. אבל הגירוסקופ נע הרחק ממנו ולכן הוא מפעיל משיכת נגד על הגירוסקופ. ושוב הוא מושך את חלקו העליון לעבר 0 מעלות. ומה לגבי החלק התחתון של הגירוסקופ? הוא נע בכיוון הנגדי ועליו לכן לחוש בכוח לעבר קו אורך 180 מעלות בדרום האוקינוס השקט.
התוצאה היא ששקול הכוחות שמתקבל כתוצאה מפעולת שני הכוחות האלה הוא מומנט כוח סיבוב שמנסה להפיל את הגירוסקופ שפונה לכיוון קו אורך 0 לעבר הכיוון הנגדי.
מה קורה כשמנסים להפיל גירוסקופ? הכוחות הגרביטומגנטיים ישנו את כיוון הציר של הגירוסקופ ויגרמו לו בהדרגה להסתובב באותו הכיוון של סיבוב כדור הארץ. הפעולה הזו היא פרצסיה, או בעברית נקיפה: פרצסית גרירת המרחב. ובניסוי השתמשו בגירוסקופ הזה כדי למדוד (!) את אפקט גרירת המרחב.
עכשיו תחשוב על חור שחור מטיפוס קר. גיאומטרית קר החייתה את הכוחות הגרביטומגנטיים.
לחור השחור המסתובב יש אופק אירועים והוא מוקף בחלקיקים ובפוטונים והם מסתובבים סביב החור עם כיוון הסיבוב של החור. גרירת המרחב ליד אופק האירועים של החור השחור המסתובב היא בלתי נמנעת. ומכאן חשיבותו של אפקט גרירת המרחב.
עדיין לא ברור אם גרירת המרחב היא קבועה או שמא נעה בכיוון סיבוב כדה”א?
תודה רבה. זה היה קשה לכתוב את הכתבה הזו. מי שלומד יחסות כללית יודע שיש אפקט לנס-טירינג וכולי. אבל אז קראתי את הידיעה מנאסא וראיתי בין השורות שלמעשה לקח איזה שש או חמש שנים לפרש את הממצאים. באתר של נאסא היה כתוב שלקח שש שנים בגלל שהיו הפרעות. כדי להבין מה היו בדיוק ההפרעות הייתי כבר צריכה לקרוא מאמרים טכניים ולפרש אותם. וזה היה כאב ראש.
הנה: http://einstein.stanford.edu/content/sci_papers/index.html
ולמעשה זוהי המהות של חדשה מדעית. הבסיס הוא מה שמצוי בספר הלימוד. אבל כמו שכתוב בידיעה המקורית של נאסא: הם ממציאים טכנולוגיה חדשה ובדרך יש הפרעות בלתי צפויות שאתה בכלל לא מכיר אותן ולכן בשביל להבין מה קרה אתה צריך פשוט לקרוא מאמרים שנכתבו על אותן הפרעות וקשיים בניסוי הספיציפי.
לגלי – טענתי היא שכשם שהמגיב ב-5. (פרופ’ פודלובסקי APR) טעה באיות “שמו”, הוא טעה גם ב- APR (שאייתתי כמו שהוא כתב). יחד עם זאת, תגובתו נראית לי נכונה ואני מצטרף למחמאות שחלק למאמרך.
יקירי, פודולסקי המדובר הוא מ-EPR.
כלומר, Einstein–Podolsky–Rosen. אבל אם אתה מתעקש אז שיהיה:
Albert–Podolsky–Rosen.
ולמגיב דוד. כדי שהתוכנה תשלוף את הקטע הנכון מהמאמר ותבנה כתבה, היא צריכה להשוות את הקטע עם נתונים שיש לה במאגר שהזינו למחשב מראש. התוכנית צריכה להיות מאוד מתוחכמת כדי שהמחשב יוכל להבחין בדקויות ובהבדלים דקים בניסוח. יכולה להיות מלה אחת במשפט שתשנה את המובן כולו של המשפט והתוכנה לא תשים לב לכך.
לפרופ’ פודלובסקי – דומני ששמך צריך להיות פודולסקי (האמצע של APR).
לגלי
מענין כיצד היתה הכתבה יוצאת בשימוש ב-Narrative Science
להלן
Narrative Science transforms data into high-quality editorial content. Our technology application generates news stories, industry reports, headlines and more — at scale and without human authoring or editing. Narratives can be created from almost any data set, be it numbers or text, structured or unstructured.
Whether you maintain your own proprietary database, or cover subjects supported by broadly available data including public data sources, our technology cost-effectively turns facts and figures into compelling stories in real time.
כתבה מעניינת
אכן, אכן… כאשר הגרביטי B ביצע את הניסוי חשבו על תורות מתחרות שנתנו הסבר שונה לכבידה. בעוד שהן הסכימו עם תורת היחסות לגבי הניסויים הסטנדרטיים – התעקמות האור בשדה הכבידה של השמש, הסחה לאדום כבידתית, הפריהליון של מרקורי וכולי – היו כאלה שספקו הסבר דינמי ל”חומר האפל”. אבל בנוגע לאפקט גרירת המרחב תורת היחסות הכללית והתורות האחרות הציעו ניבויים שונים לגמרי.
למשל הציעו תורה שמסבירה את גרירת המרחב במונחים של מערבולות במעין משהו זורם. כלומר, מסבירים את גרירת המרחב כמערבולת, במקום כשדה גרביטומגנטי. ולכן הגודל וההופעה של הפרצסיה של הגירוסקופ המנובא על ידי תיאוריה זו הוא שונה בתכלית מאלה שחוזה תורת היחסות הכללית.
וכך למעשה הניסוי של גרביטי B נהפך ל”ניסוי מכריע”. קיוו שהוא יכריע בין תורת היחסות הכללית לבין התורות המתחרות. ולמעשה הוא נכנס לתחום של ההסברים של “החומר האפל”, סוגיה שמטרידה את המדענים מזה זמן רב.
בכל מקרה השם של הלווין הוא גרביטי B: האות B מסמנת בפיסיקה את השדה המגנטי ולכן מדובר בשדה גרביטו-מגנטי! כלומר, המטרה הייתה למדוד אפקט גרביטו-מגנטי, גרירת מרחב.
עדי:
בויקיפדיה
כתוב:
In an article published in the journal Physical Review Letters in 2011, the authors reported analysis of the data from all four gyroscopes results in a geodetic drift rate of −6,601.8±18.3 mas/yr and a frame-dragging drift rate of −37.2±7.2 mas/yr, to be compared with the GR predictions of −6,606.1 mas/yr and −39.2 mas/yr, respectively.[7]
א.בן נר:
לא.
העידוש הכבידתי הוא תחזית אחת של התיאוריה והאפקט הגיאודטי הוא תחזית אחרת.
תיאורטית, יכול היה מישהו לטעון שהתאוריה אינה נכונה והעידוש הכבידתי שנחזה על ידה נובע מסיבות אחרות.
ככל שמתרבים האישושים לתחזיות התיאוריה כך גדל האמון בנכונותה.
כמובן שיהיה מי שיטען שהכל מערבולות.
האפקט הגיאודטי:
http://en.wikipedia.org/wiki/Geodetic_effect
עידוש כבידתי:
http://en.wikipedia.org/wiki/Gravitational_lens
אנא תקנוני עם אני טועה אבל, האם העידוש הכבידתי שנתגלה ונחקר מזה זמן רב,
לא הוכיח זה מכבר את האפקטים הגיאודטי וגרירת המרחב ?
כתבה מעניינת – תודה לך, גלי
הסבר למגיב למעלה: הלוויין גרביטי B הסתובב סביב כדור הארץ עם הגירוסקופים. גרביטי B הדגים את שני האפקטים המתוארים בעודו פונה לכוכב המנחה שנבחר פגסי (מערכת יחוס מוכרת ורחוקה, שהיא למעשה מה שנקרא undisturbed). נגיד שהיינו חיים ביקום ניוטוני שבו לא קיימים שני האפקטים היחסותיים המדוברים. אז מה היה קורה? הגירוסקופים היו מסתובבים ופונים לאותו הכיוון של פגסי לעד בעודם במסלול, נכון? זה הגיוני כמובן. אבל תורת היחסות הכללית נמצאה כנכונה! ולכן הגירוסקופים חוו שינויים קלים, הם עברו פרצסיה (פרצסיה גיאודטית ופרצסיה גרירת מרחב), בכיוון הסיבוב כתוצאה ממשיכת כדור הארץ.
ולמה בעצם כל הרעש? ב-2015 יחגגו בעולם 100 שנה לתורת היחסות הכללית.
אז מחר יכול לבוא איזיק אלברט ניושטיין (כמו שחוקר היחסות ומורשת אינשטיין המפורסם ג’ון סטצ’ל קרא לו). ונגיד שהוא ימציא תיאוריה חדשה. (ניושטיין הוא לא קרוב משפחה שלי זה בסדר…). מה שחשוב הוא הדבר הבא. מכיוון שתורת היחסות הכללית זכתה לכל כך הרבה אימותים ניסויים כבר: הפריהליון של מרקורי, ההסחה לאדום הכבידתית, התעקמות מסלול האור בשדה כבידתי וכולי’ ועכשיו שני האפקטים שאימת גרביטי B, אז כל תיאוריה שאיזה ניושטיין חדש יגלה, בהכרח תצטרך להצטמצם על ידי עקרון התאמה לתורת היחסות הכללית ולקבל את כל האפקטים האלה שאותם אימתו רכבי החלל והלוויינים של נאסא. וזו למעשה החשיבות האמיתית של הניסויים האלה שמבוצעים בחלל. במובן זה המדע הוא נצחי…
לבי עם המשפחות השכולות ביום הזיכרון, מי ייתן ולא תהיינה עוד מלחמות.
מצטער להגיד שהידיעה הזו ממש לא מובנת למי שלא בתחום ורוצה להבין קצת יותר. גם הניסוח מסורבל לעיתים למשל המשפט הנוראי “סובל משתי סוגי פרצסיה (נקיפה) יחסותית ביחס למערכת ייחוס רחוקה “.
מדהים.
בעצם כוכב נולד יותר מדהים.. או שלא :\
מעניין איך כל המיכשור הרגיש הזה שרד את השיגור ?
לא צריך להרשם אם כי זה רצוי. כנראה שכתבת מילה שמורה ולכן נחסמת אוטומטית.
“ואפקט גרירת מרחב של 0.39 פלוס מינוס 0.7 מילי ארק שניות”
אין לנתון הזה שום משמעות כאשר השגיאה יותר גדולה מהערך עצמו. את בטוחה שאלה המספרים?
כתבה טכנית מעולה ומעניינת.
את זה לא נמצא בסיינטיפיק ידיעות ;~)
אפשר בקלות לרוץ על הכתבה ולהתעלם ממה שמורכב מדי או לא בא להתעכב עליו.
תודה רבה 🙂
מעניין, תודה על העדכון (:
עורך האתר, אבי בליזובסקי:
צריך להירשם או משהו כדי להגיב?
מעניין שעם כל כך הרבה משתנים זה פועל
ועכשיו בעברית…