Kaj je gravitomagnetizem?

Gravitomagnetizem, teoretična ideja od leta 1918, je predvidena posledica splošne teorije relativnosti, iz katere je bil izpeljan. Njegov obstoj je bil eksperimentalno dokazan, a domnevno le enkrat, obstajajo pa določene različice učinka, ki so v večji ali manjši meri podprte z dokazi. Mednarodna ekipa je trdila, da je odkrila učinek sredi 90-ih na podlagi podatkov iz vesoljskih plovil LAGEOS I in LAGEOS II. Izmerjeni učinek je bil znotraj 10 % tistega, ki ga napoveduje splošna relativnost, čeprav nekateri znanstveniki še vedno dvomijo v veljavnost teh rezultatov. Leta 2004 so fiziki s Stanforda predstavili Gravity Probe B, izjemno občutljiv paket žiroskopov, za merjenje gravitomagnetizma v vesolju z veliko večjo natančnostjo. Njegovi podatki se trenutno analizirajo.

Potem ko je Einstein predstavil svojo teorijo splošne relativnosti, je trajalo desetletja, da so razdelali vse njene napovedane posledice. Najbolj znana je temeljna enakovrednost med snovjo in energijo, ki jo nazorno dokazuje atomska bomba. Lorentzova kontrakcija, povečanje mase in zmanjšanje dolžine, ki ju vidi zunanji opazovalec, ki gleda na predmet, ki se giblje z relativističnimi (skoraj svetlobnimi) hitrostmi, je še ena in je bila eksperimentalno preverjena. Znano je, da čas teče počasneje za predmete, ki se gibljejo s hitrostjo, ki je blizu svetlobni, ali celo bistveno manj – učinek so opazili pri atomskih urah, ki krožijo okoli Zemlje.

Ta slabo izpostavljena in preizkušena posledica, gravitomagnetizem, se nanaša na polje, ki naj bi nastalo, ko se masivno telo hitro vrti. Gravitomagnetizem je zavajajoče poimenovan – ni magneten – ustvarjena sila izhaja iz gravitacije, ne elektromagnetizma. Vendar se imenuje gravitomagnetizem zaradi matematične podobnosti med enačbami, ki opisujejo ta učinek, in ustvarjanjem magnetnega polja. Na enak način, kot pri vrtenju nabitega predmeta nastane magnetno polje, se pri vrtenju masivnega telesa ustvari gravitomagnetno polje. Matematika, ki se uporablja za opis obeh, je funkcionalno podobna. Učinek bi lahko prav tako zlahka imenovali gravitatorsko polje, izraz, ki bi lahko bil manj zavajajoč.

Pričakuje se, da bo okoli supermasivnih črnih lukenj, ki se vrtijo zelo hitro, opaziti zelo močno gravitomagnetno polje. Te črne luknje imajo lahko milijonkrat večjo maso od sonca in se vrtijo z besno hitrostjo. Tu v sončnem sistemu pa je predviden učinek zelo majhen – v skupni shemi gravitacijskih interakcij je nekaj delov na trilijon – zaradi česar je težko opazovati brez občutljivih senzorjev ali bližine masivnih planetov ali sonca. .

Stanfordova gravitacijska sonda B je bila izjemno občutljiva. Vseboval je žiroskop s predmetom, ki je bil sferičen do 40 atomskih premerov in je imel skoraj enakomerno porazdelitev gostote. Zasnovan za odkrivanje gravitomagnetizma, je bil žiroskop namenjen merjenju “vlečenja okvirja” – vir predvidenega učinka je majhen zasuk v prostor-času, ki ga ustvari vrteča se masa. Vrteči se žiroskop v vakuumu bi se moral vrteti s skoraj popolno enakomernostjo, vendar je predvideno, da gravitomagnetizem to nekoliko moti. Preprost način za vizualizacijo vlečenja okvirja je, da si predstavljate kroglo, ki se vrti na raztegnjeni rjuhi, kar ustvari rahel zasuk v rjuhi, hkrati pa ustvari veliko depresijo.

Drug predviden učinek je, da ko satelit kroži okoli Zemlje v popolnem krogu, dejansko konča na nekoliko drugačnem mestu zaradi rahlega vrtinca, ki ga ustvari vrteča se zemlja. Težava pri merjenju gravitomagnetizma je, da zemeljska ekvatorialna izboklina ustvarja odstopanja v obnašanju satelita/žiroskopa, ki jih je treba pravilno odšteti od drugih podatkov, da bi izmerili velikost resničnega vlečenja okvirja.
Čeprav je bila iz gravitacijske sonde B vrnjena velika količina podatkov, analiza še poteka. Gravitomagnetizem je precej skrivnosten in trenutno slabo razumljen. Ali bo učinek imel praktično uporabo ali ne, je nekaj, česar verjetno ne bomo vedeli vsaj nekaj desetletij.