En av de siste store og utestede forutsigelsene fra den generelle relativitetsteori har nå blitt ganske godt bekreftet, men enda mer nøyaktige målinger følger om ikke så lenge. Det dreier seg om hvordan rommet krummer seg rundt roterende legemer.

Forskning.no meldte nylig om at Gravity Probe B ble skutt opp, for å teste dette. Dette er et meget dyrt prosjekt - så litt frustrerende er det kanskje nå å høre at to forskere, italieneren Ignazio Ciufolini og amerikaneren Erricos Pavlis har oppnådd noe av det samme som satellitten, på en mye enklere måte.

De to fulgte to NASAsatteliter med laser gjennom 11 år, og fant at effekten av rommets krumming på grunn av Jordas rotasjon dro satellittene to meter ut av posisjon per år. Resultatene er imidlertid beheftet med en feilmargin på hele ti prosent - så de langt mer nøyaktige målingene fra Gravity Probe B er fremdeles verdt å vente på.

Hva er “rom”?

I de ti årene Einstein jobbet med å utvikle sin generelle relativitetsteori, søkte han inspirasjon hos matematikere som Carl Fredrich Gauss og Carl Bernhard Riemann - folk fra det 19. århundret som hadde jobbet med matematikken til krummede former - og fysikeren Ernst Mach.

Einstein var opprinnelig en stor tilhenger av Machs teorier, som for eksempel i forholdet til begrepet “rom” var ekstremt relativistiske. “Rommet” - det store intet, tomrommet mellom galaksene - var for Mach ingen ting i seg selv, og kunne bare defineres i forhold til det som befant seg der, av stjerner etc.

Et syn som minner om det vi finner hos den tyske 1600-tallsfilosofen Leibniz. Han mente “rom” bare var avstanden mellom to gjenstander - i motsetning til hans store motstander, Isaac Newton, som mente “rom” var en ting i seg selv.

Spørsmålet er om det gir mening å snakke om at noe dreier seg i forhold til det tomme rom? Hvis rommet “er” noe, vil rotasjon i tomt rom være lik rotasjon her på Jorda. Roterer du for eksempel med en bøtte med vann i hånda, vil vannet presses ut mot bøttas vegger - både her på Jorda og i det tomme rom.

Hvis rommet ikke “er” noe - hva skjer da?

I følge Mach ville det ikke skje noe med vann, dersom du roterte i det store intet. Vannets bevegelse oppstår bare relativt til stjerner og galakser og deres tyngdekraft. Hvis de ikke eksisterte, ingen rotasjonskraft!

Einstein fant etter hvert imidlertid ut at Machs ekstreme relativisme ikke kunne la seg forene med blant annet relativitetsteoriene - “rom” er noe, det kan krummes. I den generelle relativitetsteorien, Einsteins mesterverk fra 1915, eksisterer det for eksempel noe vi kan kalle “absolutt aksellerasjon” - hvilket betyr at ting akselereres i forhold til noe. Dette “noe” er romtiden.

Like fullt, den generelle relativitetsteorien, som også kan kalles gravitasjonsteorien, eller tyngdekraftteorien, inneholder en del av Ernst Machs tankegods - tankegods som altså er i ferd med å bli testet i disse dager.

Rommet krummes

Fysikken bak har vært kjent helt siden 1918, da de østerrikske forskerne Joseph Lense og Hans Thirring bruke generell relativitet til å vise at i tillegg til at massive objekter krummer rommet der de befinner seg - omtrent som en trampoline, når du setter deg midt utpå, så vil et massivt og samtidig roterende legeme trekke rommet med seg - vri det.

Astrofysikerne kaller det “frame dragging”.

Mach ville vel neppe likt ideen om krumt rom, men det machiske ved fenomenet frame dragging er at det eneste som spiller noen rolle for universets krumning, er den relative bevegelsen mellom for eksempel en klode og rommet den befinner seg i. Du kan forestille deg at kloden står stille og rommet roterer rundt - eller du kan forestille deg et stillestående rom og en roterende klode.

På 1960-tallet begynte forskerne å lure på om ikke denne konsekvensen av relativitetsteorien kunne la seg teste i virkelighetens verden. Et par av dem (amerikanerne Leonard Schiff og George Pugh) mente man kunne registrere frame draggingen fra Jordas egen rotasjon.

I følge newtonsk fysikk skulle en stor snurrebass, plassert i bane høyt over jorda, peke konstant i én retning. I følge Einstein og den generelle relativitetsteorien skulle den imidlertid bli dratt ørlite grann til siden - rett og slett fordi Jorda drar i selve rommet.

Det var for å teste dette man nylig, etter 40 års planlegging, sendte opp satellitten Gravity Probe B, med fire av de mest stabile gyroskoper verden har sett.

(For en mer detaljert gjennomgang av Gravity Probe B, les denne artikkelen av Arnfinn Christensen.)

Når resultatene fra Gravity Probe B endelig kommer, vil de være langt mer nøyaktige enn Ciufolinis og Pavlis’ jordbaserte lasermålinger. Vi vil da enten få den hittil beste bekreftelse av den generelle relativitetsteori (slik de fleste forventer seg), eller - kanskje enda mer spennende - et blikk inn i hittil skjulte detaljer i romtiden?

Les mer i Nature.