West Lafayette (VS) – Een hoogleraar ruimtevaarttechnologie die zijn best deed om de algemene relativiteit te begrijpen, kwam daarbij tot zijn verrassing op een nieuwe methode om Einsteins theorie van de zwaartekracht te testen.


James Longuski woonde enkele colleges van de fysicus Fischbach bij om de algemene relativiteitstheorie beter te begrijpen. Hij had niet durven hopen dat hij een bijdrage zou kunnen leveren aan de algemene relativiteit, de theorie die Einstein in 1915 publiceerde en die beschrijft hoe ruimte, tijd en zwaarterkracht op extreme schalen samenhangen. Een van de voorspellingen van Einsteins theorie is dat de ruimte gekromd is nabij zware lichamen, zodat ook lichtstraal daar een gekromde baan beschrijft.
Longuski, hoogleraar aan Purdue University, bedacht een nieuwe manier om aan de hand van kleine veranderingen in de baan van een ruimtevaartuig nabij de Zon de bijdrage van de algemene relativiteit te testen. Daartoe ontwikkelde hij een nieuwe wiskundige formule. Hij toonde die aan Fischbach. Deze besefte dat die compleet nieuw was. Al was de formule op zich geschikt voor publicatie in een vaktijdschrift, een praktische test zou het voordeel duidelijk laten zien.
Het beroemdste experiment dat de juistheid van Einsteins theorie uit 1915 aantoont, is uitgevoerd door de fysicus Eddington, in 1919. Die bestudeerde de schijnbare positie van de planeet Mercurius tijdens een zonsverduistering. Een kleine numerieke afwijking van de voorspellingen van de theorie kan voor natuurkundigen zeer belangrijk zijn. Longuski's vinding verschaft een nieuwe toets. Fischbach: “De algemene relativiteit is de kern van ons begrip van de kosmoslogie. Het is zeer belangrijk dat we algemene relativiteit blijven testen zodat we er zeker van kunnen zijn dat de voorspellingen daarvan correct zijn.”
In een artikel gepubliceerd in Physics Review Letters legt Longuski met zijn collega's Ephraim Fischbach en Daniel Scheeres de nieuwe test uit. Longuski's specialisatie is het effect van zwaartekracht op de baan van een ruimtevaartuig. De Zon en de planeten in het zonnestelsel komen van pas om een ruimtevaartuig een extra versnelling te geven, en daarmee brandstof te besparen. Longuski, als ruimtevaartspecialist, bedacht dat hij de theorie kon testen door de invloed van de zwaartekracht van de Zon op de baan van een ruimtevaartuig te meten. Longuski ziet zijn bijdrage als een kruisbestuiving van twee vakgebieden, de natuurkunde en ruimtevaart.
Daniel Scheeles berekende dat de voorgestelde route van het ruimtevaartuig Small Insterstellar Probe geschikt is. Deze zou een traject rond de Zon moeten beschrijven, zodat het vaartuig een versnelling ondergaat die het ver in de ruimte slingert. Antennes van de NASA, het zogenaamde Deep Space Network, kunnen via radiogolven communiceren met het ruimtevaartuig en zo de precieze positie bijhouden. Voor Longuski en zijn collega's zijn met name de gemeten posities dicht bij de Zon, waar het zwaartekrachtsveld van de ster groot is, interessant. Mocht het project doorgaan, dan kunnen de onderzoekers zonder extra investeringen de algemene relativiteitstheorie toetsen.

Erick Vermeulen