Hay una línea de un episodio temprano de La teoría del Big Bang serie, donde la Gravity Probe B se describe como haber visto "vislumbres" del efecto de arrastre de fotogramas previsto por Einstein. En realidad, no está del todo claro que el experimento haya podido distinguir definitivamente un efecto de arrastre de fotogramas de un ruido de fondo creado por algunas aberraciones extremadamente pequeñas en su sistema de detección.
Si esto cuenta o no como un vistazo: el arrastre de fotogramas (la supuesta última predicción no probada de la relatividad general) y la sonda de gravedad B se han vinculado en la conciencia pública. Así que aquí hay una introducción rápida sobre lo que Gravity Probe B puede haber vislumbrado o no.
El satélite Gravity Probe B se lanzó en 2004 y se estableció en una órbita polar de 650 kilómetros de altitud alrededor de la Tierra con cuatro giroscopios esféricos que giran dentro de él. El diseño experimental propuso que, en ausencia de curvatura espacio-tiempo o arrastre de cuadros, estos giroscopios que se mueven en una órbita de caída libre deberían girar con su eje de rotación alineado infaliblemente con un punto de referencia distante (en este caso, la estrella IM Pegasi) .
Para evitar cualquier interferencia electromagnética del campo magnético de la Tierra, los giroscopios se alojaron dentro de un termo termo revestido de plomo, cuya carcasa estaba llena de helio líquido. Esto protegió los instrumentos de la interferencia magnética externa y la superconductancia activada en frío dentro de los detectores diseñados para monitorear el giro de los giroscopios.
La filtración lenta de helio del matraz también se usó como propelente. Para garantizar que los giroscopios permanecieran en caída libre en el caso de que el satélite encontrara algún arrastre atmosférico, el satélite podría hacer ajustes de trayectoria diminutos, esencialmente volando alrededor de los giroscopios para asegurarse de que nunca entraron en contacto con los lados de sus contenedores.
Ahora, aunque los giroscopios estaban en caída libre, fue una caída libre dando vueltas y vueltas alrededor de un planeta deformado en el espacio-tiempo. Un giroscopio que se mueve a una velocidad constante en un espacio bastante vacío también está en caída libre "sin peso", y se podría esperar que giroscopio gire indefinidamente sobre su eje, sin que ese eje se mueva nunca. De manera similar, según la interpretación de Newton de la gravedad, que es una fuerza que actúa a una distancia entre objetos masivos, no hay razón para que el eje de giro de un giroscopio en una órbita de caída libre deba cambiar tampoco.
Pero para un giroscopio que se mueve en la interpretación de Einstein de un espacio-tiempo abruptamente curvado que rodea un planeta, su eje de giro debería "inclinarse" hacia la pendiente del espacio-tiempo. Entonces, en una órbita completa de la Tierra, el eje de rotación terminará apuntando en una dirección ligeramente diferente de la dirección desde la que comenzó: vea la animación al final de este clip. Esto se denomina efecto geodésico, y la sonda de gravedad B demostró efectivamente la existencia de este efecto con solo un 0.5% de probabilidad de que los datos mostraran un efecto nulo.
Pero, no solo la Tierra es un objeto curvado masivo del espacio-tiempo, sino que también gira. Esta rotación debería, en teoría, crear un arrastre en el espacio-tiempo en el que está incrustada la Tierra. Entonces, este arrastre de cuadros debería tirar de algo que está en órbita hacia adelante en la dirección de la rotación de la Tierra.
Cuando el efecto geodésico desplaza el eje de giro de un giroscopio de órbita polar en una dirección latitudinal, arrastrar el marco (también conocido como efecto Lense-Thirring), debe desplazarlo en una dirección longitudinal.
Y aquí es donde Gravity Probe B no cumplió. Se descubrió que el efecto geodésico desplaza el eje de giro de los giroscopios en 6,606 miliarcsegundos por año, mientras que se esperaba que el efecto de arrastre de fotogramas lo desplazara en 41 miliargundos por año. Este efecto mucho más pequeño ha sido difícil de distinguir de un ruido de fondo que surge de pequeñas imperfecciones existentes dentro de los giroscopios. Aparentemente, dos problemas clave fueron un cambio en el camino de polodos y una manifestación más grande de lo esperado de un torque giroscópico newtoniano, o simplemente digamos que a pesar de los mejores esfuerzos, los giroscopios todavía se tambalearon un poco.
Hay un trabajo en curso para extraer laboriosamente los datos de interés esperados del registro de datos ruidosos, a través de una serie de suposiciones que aún podrían estar sujetas a un mayor debate. Un informe de 2009 afirmó audazmente que el efecto de arrastre de fotogramas ahora es claramente visible en los datos procesados - aunque la probabilidad de que los datos representen un efecto nulo se informa en otro lugar al 15%. Entonces, tal vez vislumbrado es una mejor descripción por ahora.
Por cierto, Gravity Probe A se lanzó en 1976, y en una órbita de dos horas confirmó efectivamente la predicción de desplazamiento al rojo de Einstein a 1.4 partes en 10,000. O simplemente digamos que mostró que se descubrió que un reloj a 10,000 km de altitud funcionaba mucho más rápido que un reloj en el suelo.
Otras lecturas: El experimento de Gravity Probe B en pocas palabras.
