Spatiu-timpEfectul de distorsiune prin tragere a sistemului de referinţă, numit şi efect Lense-Thirring, al şaptelea test pentru relativitatea generală şi al doilea care implică spinul corpului de testare, relevă cel mai clar aspectul machian al teoriei lui Einstein.

 

 

 

Efectul geodezic (precesia de Sitter) (13)

Notă: deşi traducerea mot-à-mot a sintagmei „frame-dragging effect” (un alt nume sub care este cunoscut efectul Lense-Thirring) ar fi „efectul de tragere a cadrului”, aceasta nu exprimă clar fenomenul. În esenţă, efectul constă în distorsionarea prin tragere/răsucire a sistemului de referinţă inerţial local sau distorsionarea/răsucirea locală a spaţiu-timpului, în jurul unui corp solid în mişcare de rotaţie.

De fapt, este curios că Einstein nu a dezlegat el însuşi acest efect, având în vedere că el a obţinut explicit efectul de tragere a sistemului de referinţă în toate încercările sale anterioare la teoriile câmpului gravitaţional şi datorită faptului că el a considerat principiul lui Mach ca fiind pilonul filozofic al relativităţii generale, încă în 1918. Indiferent care ar fi fost motivul, de-abia în 1918 a fost determinată formula deformării prin răsucire general-relativistă de către Hans Thirring (1888-1976) şi Josef Lense (1890-1985), după al căror nume este astăzi denumit de obicei acest efect. Printr-o întorsătură ironică, Thirring nu a intenţionat deloc să facă calculele; el a vrut să facă un experiment de tragere prin răsucire (o versiune cilindrică a experimentului cu volant al lui Föppl) şi doar l-a stabilit pentru activitatea teoretică, după ce a fost în imposibilitatea de a asigura finanţarea necesară (a se vedea contribuţia lui Herbert Pfister la principiul lui Mach: „De la găleata lui Newton la gravitaţia cuantică”, 1995).

LenseThirring
Lense (stânga) şi Thirring

Rezultatul iniţial al lui Thirring a descris câmpul gravitaţional din interiorul unui cilindru în mişcare de rotaţie; al doilea calcul, efectuat împreună cu Lense se referă la câmpul din afara unui corp solid care se roteşte încet şi constituie baza pentru testele experimentale, cum ar fi  Gravity Probe B (Sonda Gravitaţională B). Ambele rezultate sunt „machianice”, în sensul că sistemul de referinţă inerţial al unei particule de testare este puternic influenţat de proprietăţile masei mai mari (cilindrul sau sfera). Acest lucru este complet diferit de dinamica newtoniană, unde inerţia unei particule de testare este definită doar de mişcarea sa raportată la „spaţiul absolut” şi nu este afectată de distribuţia materiei. De fapt, folosind parametrii potriviţi, este posibil în relativitatea generală ca o masă mare să „ecraneze” complet geometria mediului, astfel încât o particulă de testare să simtă doar sistemul de referinţă definit de această masă. Acest fenomen este este cunoscut ca „tragere totală” sau „tragere perfectă” a sistemelor de referinţă inerţiale (mai multe despre acesta mai jos).

 


La minutul 2:25, măsurarea efectului Lense-Thirring cu sonda gravitaţională B.
Fragment din filmul "Testing Einstein's Universe"


Distorsionarea prin tragere a sistemului de referinţă (frame-dragging), în situaţii experimentale realiste, nu este chiar atât de puternică şi este nevoie de foarte multă ingeniozitate pentru a fi detectată. Analizat în termenii analogiei gravito-electromagnetice, efectul apare ca urmare a interacţiunii spin-spin dintre giroscop şi masa centrală în rotaţie şi este perfect analoagă cu interacţiunea dintre un dipol magnetic μ şi un câmp magnetic B (bazele imagisticii prin rezonanţă magnetică nucleară sau RMN). Aşa cum acţionează un cuplu μ×B în cazul magnetic, la fel şi un giroscop cu spinul s prezintă un cuplu proporţional cu s×H în cazul gravitaţional. Pentru Sonda Gravitaţională B, pe o orbită polară, la 642 km deasupra Pământului, acest cuplu produce precesia pe direcţia est-vest a axelor spinului giroscopului, cu doar 39 miliarcsecunde/an - un unghi atât de mic încât este echivalent cu deschiderea unghiulară medie sub care este văzută planeta pitică Pluto, de pe Pământ.

Traducere de Mircea Ştefan Moldovan după Spacetime & Spin, cu acordul autorului.