Πώς το πιο ακριβές ρολόι του κόσμου θα μπορούσε να αλλάξει τη βασική φυσική

Αυτή η δημοσιευμένη εικόνα που παρέχεται από το Εθνικό Ινστιτούτο Προτύπων και Τεχνολογίας (NIST) δείχνει ένα ατομικό ρολόι στροντίου, ένα από τα πιο ακριβή κομμάτια χρονομέτρησης στον κόσμο στο εργαστήριο του καθηγητή John Yee στο Πανεπιστήμιο του Κολοράντο στο Boulder.

Η γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν δηλώνει ότι ένα τεράστιο αντικείμενο όπως η Γη κάμπτει τον χωροχρόνο, με αποτέλεσμα ο χρόνος να επιβραδύνεται καθώς πλησιάζετε πιο κοντά στο αντικείμενο – έτσι ένα άτομο στην κορυφή ενός βουνού γερνά ελαφρώς πιο γρήγορα από κάποιον στο επίπεδο της θάλασσας.


Αμερικανοί επιστήμονες έχουν πλέον επιβεβαιώσει τη θεωρία στη μικρότερη κλίμακα που έγινε ποτέ, δείχνοντας ότι τα ρολόγια χτυπούν με διαφορετικούς ρυθμούς όταν χωρίζονται με κλάσματα του χιλιοστού.

Ο John Yee, του Εθνικού Ινστιτούτου Προτύπων και Τεχνολογίας (NIST) και του Πανεπιστημίου του Κολοράντο Μπόλντερ, είπε στο Γαλλικό Πρακτορείο ότι το νέο τους ρολόι ήταν «μακράν» το πιο ακριβές ποτέ και θα μπορούσε να ανοίξει το δρόμο για νέες ανακαλύψεις στην κβαντική μηχανική, το βιβλίο κανόνων. για τον υποατομικό κόσμο.

Ο Yi και οι συνεργάτες του δημοσίευσαν τα ευρήματά τους την Τετάρτη στο έγκριτο περιοδικό φύσηπεριγράφοντας τις προόδους της μηχανικής που τους επέτρεψαν να κατασκευάσουν μια συσκευή 50 φορές πιο ακριβή από τα καλύτερα ατομικά ρολόγια του σήμερα.

Οι επιστήμονες μπόρεσαν να αποδείξουν τη θεωρία του Άλμπερτ Αϊνστάιν του 1915 μόνο μετά την εφεύρεση των ατομικών ρολογιών – τα οποία διατηρούν το χρόνο ανιχνεύοντας τη μετάβαση μεταξύ δύο καταστάσεων ενέργειας μέσα σε ένα άτομο που υπόκειται σε μια συγκεκριμένη συχνότητα.

Τα πρώτα πειράματα περιελάμβαναν το Gravitational Probe A του 1976, το οποίο περιλάμβανε ένα διαστημόπλοιο 6.000 μίλια (10.000 km) πάνω από την επιφάνεια της Γης και έδειξε ότι το ρολόι επί του σκάφους ήταν ένα δευτερόλεπτο ταχύτερο από το αντίστοιχο της Γης κάθε 73 χρόνια.

Από τότε, τα ρολόγια έχουν γίνει πιο ακριβή, και ως εκ τούτου είναι καλύτερα σε θέση να ανιχνεύσουν τις επιπτώσεις της σχετικότητας.

Το 2010, οι επιστήμονες του Εθνικού Ινστιτούτου Προτύπων και Τεχνολογίας (NIST) παρατήρησαν ότι ο χρόνος κινείται με διαφορετικούς ρυθμούς όταν το ρολόι τους σηκώθηκε κατά 33 εκατοστά (λίγο πάνω από ένα πόδι).

θεωρία των πάντων

Η σημαντική ανακάλυψη του Yi ήταν η εργασία με πλέγματα φωτός, γνωστά ως οπτικές συνάψεις, για να παγιδεύσει τα άτομα σε τακτοποιημένες διατάξεις. Αυτό γίνεται για να αποτραπεί η πτώση των ατόμων λόγω της βαρύτητας ή με άλλο τρόπο κίνησης, με αποτέλεσμα την απώλεια της ακρίβειας.

Μέσα στο νέο ρολόι Ye υπάρχουν 100.000 άτομα στροντίου, στοιβαγμένα το ένα πάνω στο άλλο σαν μια στοίβα από τηγανίτες, με συνολικό ύψος περίπου ένα χιλιοστό.

Το ρολόι είναι τόσο ακριβές που όταν οι επιστήμονες χωρίζουν τη στοίβα στα δύο, μπορούν να ανιχνεύσουν διαφορές στο χρόνο στο πάνω και στο κάτω μισό.

Σε αυτό το επίπεδο ακρίβειας, τα ρολόγια λειτουργούν βασικά ως αισθητήρες.

«Ο χώρος και ο χρόνος συνδέονται», είπε ο Yi. «Και με ακριβή μέτρηση χρόνου, μπορείτε πραγματικά να δείτε πώς αλλάζει το διάστημα σε πραγματικό χρόνο – η Γη είναι ένα ζωντανό και ζωντανό σώμα».

Τέτοια ρολόγια διάσπαρτα σε μια ηφαιστειακά ενεργή περιοχή μπορούν να πουν στους γεωλόγους τη διαφορά μεταξύ σκληρού βράχου και λάβας, βοηθώντας στην πρόβλεψη ηφαιστειακών εκρήξεων.

Ή, για παράδειγμα, μελετώντας πώς η υπερθέρμανση του πλανήτη προκαλεί το λιώσιμο των παγετώνων και την άνοδο των ωκεανών.

Ωστόσο, αυτό που ενδιαφέρει περισσότερο τον Yi είναι πώς τα μελλοντικά ρολόγια μπορούν να προαναγγέλλουν έναν εντελώς νέο κόσμο της φυσικής.

Το τρέχον ρολόι μπορεί να ανιχνεύσει διαφορές ώρας στα 200 μικρά – αλλά αν μειωθεί στα 20 μικρά, μπορεί να αρχίσει να διερευνά τον κβαντικό κόσμο, συμβάλλοντας στη γεφύρωση των διαφορών στη θεωρία.

Ενώ η σχετικότητα εξηγεί όμορφα πώς συμπεριφέρονται μεγάλα αντικείμενα όπως οι πλανήτες και οι γαλαξίες, έρχεται σε διάσημη σύγκρουση με την κβαντική μηχανική, η οποία ασχολείται με πολύ μικρά πράγματα.

Σύμφωνα με την κβαντική θεωρία, κάθε σωματίδιο είναι επίσης ένα κύμα – και μπορεί να καταλάβει πολλές θέσεις ταυτόχρονα, κάτι που είναι γνωστό ως υπέρθεση. Αλλά δεν είναι σαφές πώς ένα αντικείμενο σε δύο μέρη ταυτόχρονα μπορεί να παραμορφώσει τον χωροχρόνο, σύμφωνα με τη θεωρία του Αϊνστάιν.

Έτσι, η τομή των δύο πεδίων θα έφερνε τη φυσική ένα βήμα πιο κοντά σε μια ενοποιημένη «θεωρία των πάντων» που εξηγεί όλα τα φυσικά φαινόμενα του σύμπαντος.


Τα ατομικά ρολόγια JILA μετρούν τη γενική σχετικότητα του Αϊνστάιν στην κλίμακα χιλιοστών


περισσότερες πληροφορίες:
Tobias Bothwell, Διάλυμα βαρυτικής μετατόπισης ερυθρού σε ένα ατομικό δείγμα σε κλίμακα χιλιοστού, φύση (2022). DOI: 10.1038 / s41586-021-04349-7. www.nature.com/articles/s41586-021-04349-7

Σχετικά: Shimon Kolkowitz, Συγκριτές διαφορικών ρολογιών με πολυπλεξικό οπτικό ρολόι πλέγματος, φύση (2022). DOI: 10.1038 / s41586-021-04344-y. www.nature.com/articles/s41586-021-04344-y

© 2022 AFP

το απόσπασμα: Πώς το πιο ακριβές ρολόι του κόσμου μπορεί να αλλάξει τη θεμελιώδη φυσική (2022, 19 Φεβρουαρίου) Ανακτήθηκε στις 19 Φεβρουαρίου 2022 από τη διεύθυνση https://phys.org/news/2022-02-world-precise-clock-fundamental-physics.html

Αυτό το έγγραφο υπόκειται σε πνευματικά δικαιώματα. Ανεξάρτητα από οποιαδήποτε δίκαιη συναλλαγή για σκοπούς ιδιωτικής μελέτης ή έρευνας, κανένα μέρος δεν επιτρέπεται να αναπαραχθεί χωρίς γραπτή άδεια. Το περιεχόμενο παρέχεται μόνο για ενημερωτικούς σκοπούς.

READ  Η γρίπη των πτηνών κλείνει τις δημόσιες εγκαταστάσεις στο Κέντρο Διάσωσης Άγριας Ζωής του νησιού Βανκούβερ

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *