Un mod neobișnuit, dar foarte precis de a demonstra teoria relativităţii

Articol de Ioana-Maria Filip, menţiune în cadrul concursului ”Evoluţia în Secolul 21”

E greu de zis unde se află limita termenului “știinţă”. Dacă știinţa are drept scop explicarea si punerea in practica a tuturor lucrurilor si fenomenelor ce ne înconjoară, cum ar trebui să determinăm ce descoperiri sunt “știinţifice” și ce descoperiri nu sunt? Ei bine, acest aspect este destul de subiectiv și fiecare are libertatea să îl trateze așa cum își dorește, iar asta o să fac și eu în cele ce urmează.

Din principiul al cincilea al mecanicii lui Newton desprindem printre primele ipoteze despre relativitate; majoritatea aspectelor despre această capătă sens, însă, abia pe vremea lui Einstein. Pe cât pare de abstract termenul de relativitate, pe atât este de ușor de înţeles, fapt pentru care îl voi explica printr-un exemplu.

Chiar dacă avem tehnologia necesară pentru a lansa obiecte în spaţiu, deja de ceva timp, nu este un lucru tocmai ușor de făcut. Pentru asta avem nevoie de o rachetă gigantică care să fie așezată pe o platformă de lansare fără să explodeze, trebuie să fie pornită fără să explodeze, iar apoi trebuie trimisă în spaţiu, fără să explodeze…

Asumând totuși că încărcătura din rachetă rămâne intactă, se întâmplă să ajungă și să se așeze în locuri greșite. Asta s-a întâmplat în august 2014 cu o rachetă Soyuz rusească ce căra doi sateliţi Galileo ai ESA(Agenţia Spaţială Europeană) ce aveau scopul de a completa constelaţia de sateliţi ce orbitează în jurul Pământului pentru a face GPS-ul să funcţioneze. Naveta a funcţionat aproape perfect până a ajuns în punctul de oprire, dar în ultima etapă s-a mișcat într-o direcţie greșită și a lansat cei doi sateliţi pe o orbită care îi face nefolositori pentru motivul pentru care au fost trimiși acolo. Aceștia ar fi trebuit să aibă o orbită circulară constantă în jurul Pământului la 23.222 km faţă de el. În loc, au fost așezaţi pe o orbită eliptică, de două ori pe zi se află la 2000 km prea sus, de două ori pe zi se află 10.000 km prea jos (faţă de Pământ).

Nemaiputând fi folosiţi pentru programul Galileo, oamenii de știinţă au zis totuși să facă ceva cu ei. Ce alt experiment se poate face cu rachetă ce orbitează eliptic în jurul unui obiect masiv și are un ceas atomic perfect funcţional la bord se poate face în afară de testarea dilatării timpului? Conform teoriei relativităţii generale a lui Albert Einstein, în apropierea obiectelor masive, timpul se mișcă mai lent. Sateliţii folosiţi de GPS trebuie să își ajusteze ceasurile lor atomice un pic înapoi, constant, datorită distanţei până la Pământ. De asemenea, conform teoriei restrânse a relativităţii asta înseamnă ca ceasurile lor ar trebui să funcţioneze mai rapid, dar efectul general este acela că ceasurile atomice super exacte sunt un pic mai rapide în spaţiu, undeva la ordinul microsecundelor.

Acești doi sateliţi au avut niște corectări ale orbitei folosind propulsoarele și combustibilul cu hidrazină cu care au fost echipaţi, iar acum orbitele lor se schimbă doar cu 8.500 km faţă de Pământ, de două ori pe zi, în loc de 12.000, dar tot este o diferenţă considerabilă raportându-ne la raza Pământului(6.371 km). Ce înseamnă asta de fapt e că ceasurile atomice din interiorul lor funcţionează câteodată mai rapid, câteodată mai încet, câteodată mai rapid, câteodată mai încet, odată ce se îndepărtează și se apropie de Terra. Folosind aceste diferenţe se pot demonstra formulele matematice ale lui Einstein. Desigur nu este prima dată când s-a făcut asta, s-a demonstrat și în 1976 cu un ceas atomic ce a fost trimis 10.000 km depărtare în spaţiu, dar acel experiment a durat doar câteva ore. Din acești sateliţi se pot extrage date timp de mai mult de un an și chiar de patru ori mai precis ca înainte, testându-se formulele și măsurătorile cu o acurateţe de 0,004%.

Astfel, relativitatea rămâne unul dintre cele mai interesante concepte ale fizicii moderne, având atât o aplicabilitate ușor de înţeles, cât și inspirând de la oameni de știinţă la poeţi și regizori.

Jurnal Umanist

Comentarii