Il y a une ligne d'un premier épisode de La théorie du Big Bang série, où Gravity Probe B est décrit comme ayant vu des «aperçus» de l'effet de glissement de trame prévu par Einstein. En réalité, il n'est pas tout à fait clair que l'expérience ait pu distinguer définitivement un effet de traînée de trame d'un bruit de fond créé par des aberrations extrêmement mineures dans son système de détection.
Que cela compte ou non comme un aperçu - le glissement de trame (la dernière prédiction présumée non vérifiée de la relativité générale) et la sonde de gravité B sont devenus liés dans la conscience du public. Voici donc une introduction rapide sur ce que Gravity Probe B peut ou non avoir entrevu.
Le satellite Gravity Probe B a été lancé en 2004 et placé sur une orbite polaire d'altitude de 650 kilomètres autour de la Terre avec quatre gyroscopes sphériques en rotation. La conception expérimentale a proposé qu'en l'absence de courbure spatio-temporelle ou de traînée de trame, ces gyroscopes se déplaçant sur une orbite de chute libre devraient tourner avec leur axe de rotation aligné sans faille avec un point de référence éloigné (dans ce cas, l'étoile IM Pegasi) .
Pour éviter toute interférence électromagnétique provenant du champ magnétique terrestre, les gyroscopes étaient logés dans une fiole isotherme plombée - dont la coque était remplie d'hélium liquide. Cela a protégé les instruments des interférences magnétiques externes et de la supraconductance activée par le froid dans les détecteurs conçus pour surveiller la rotation des gyroscopes.
De l'hélium s'échappant lentement du ballon a également été utilisé comme propulseur. Pour s'assurer que les gyroscopes restaient en chute libre dans le cas où le satellite rencontrerait une traînée atmosphérique - le satellite pourrait effectuer des ajustements de trajectoire minutieux, se déplaçant essentiellement autour des gyroscopes pour s'assurer qu'ils n'entrent jamais en contact avec les côtés de leurs conteneurs.
Maintenant, bien que les gyroscopes soient en chute libre - c'était une chute libre qui fait le tour et autour d'une planète de déformation spatio-temporelle. Un gyroscope se déplaçant à une vitesse constante dans un espace assez vide est également en chute libre "en apesanteur" - et un tel gyroscope pourrait tourner indéfiniment autour de son axe, sans que cet axe ne se déplace jamais. De même, selon l'interprétation de Newton de la gravité - étant une force agissant à distance entre des objets massifs - il n'y a aucune raison pour que l'axe de rotation d'un gyroscope dans une orbite de chute libre se déplace également.
Mais pour un gyroscope se déplaçant dans l'interprétation d'Einstein d'un espace-temps fortement incurvé entourant une planète, son axe de rotation devrait «se pencher» dans la pente de l'espace-temps. Ainsi, sur une orbite entière de la Terre, l'axe de rotation finira par pointer dans une direction légèrement différente de la direction à partir de laquelle il a commencé - voir l'animation à la fin de ce clip. C'est ce qu'on appelle l'effet géodésique - et la sonde de gravité B a effectivement démontré l'existence de cet effet avec une probabilité de 0,5% seulement que les données montraient un effet nul.
Mais non seulement la Terre est un objet incurvé spatio-temporel massif, mais elle tourne également. Cette rotation devrait, théoriquement, créer une traînée sur l'espace-temps dans lequel la Terre est intégrée. Donc, ce glissement de trame devrait tirer quelque chose qui est en orbite vers l'avant dans le sens de la rotation de la Terre.
Lorsque l’effet géodésique déplace l’axe de rotation d’un gyroscope en orbite polaire dans une direction latitudinale, le déplacement de trame (également connu sous le nom d’effet Lense-Thirring) devrait le déplacer dans une direction longitudinale.
Et c'est là que Gravity Probe B n'a pas tout à fait réussi. L'effet géodésique a été trouvé pour déplacer l'axe de rotation des gyroscopes de 6 606 milliarcsecondes par an, tandis que l'effet de traînée de trame devait le déplacer de 41 milliarcsecondes par an. Cet effet beaucoup plus petit a été difficile à distinguer d'un bruit de fond provenant de minuscules imperfections existant dans les gyroscopes eux-mêmes. Deux problèmes clés étaient apparemment un changement de trajectoire de polhode et une manifestation plus importante que prévu d'un couple gyroscopique newtonien - ou disons simplement qu'en dépit de tous les efforts, les gyroscopes vacillaient encore un peu.
Des travaux sont en cours pour extraire laborieusement les données d'intérêt escomptées de l'enregistrement de données bruyant, via un certain nombre d'hypothèses qui pourraient encore faire l'objet d'un débat plus approfondi. Un rapport de 2009 affirmait hardiment que l'effet de glissement du cadre est désormais clairement visible dans les données traitées - bien que la probabilité que les données représentent un effet nul est rapportée ailleurs à 15%. Alors peut-être aperçu est une meilleure description pour l'instant.
Soit dit en passant, la sonde de gravité A a été lancée en 1976 - et en une orbite de deux heures a effectivement confirmé la prédiction du décalage vers le rouge d'Einstein à 1,4 partie sur 10 000. Ou disons simplement que cela a montré qu'une horloge à 10 000 km d'altitude fonctionnait beaucoup plus vite qu'une horloge au sol.
Lectures complémentaires: L'expérience Gravity Probe B en bref.
