Ατομικό ρολόι επιβεβαιώνει την γενική θεωρία της σχετικότητας σε αποστάσεις χιλιοστού

Ένα ατομικό ρολόι εξαιρετικής ακρίβειας συνέδεσε τον κβαντικό κόσμο με την βαρύτητα. Μέτρησε την γήινη βαρυτική παραμόρφωση του χωροχρόνου σε αποστάσεις χιλιοστού.

Η θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν μας λέει ότι ο ρυθμός των ρολογιών εξαρτάται από την βαρύτητα (ένα φαινόμενο που είναι γνωστό ως βαρυτική ερυθρή μετατόπιση). Ένα ρολόι τοποθετημένο σε κάποιο υψόμετρο χτυπά γρηγορότερα σε σχέση με ένα ρολόι στην επιφάνεια της Γης, όπου η ένταση του πεδίου βαρύτητας είναι λίγο μεγαλύτερη. Μπορεί αυτές οι χρονικές διαφορές να είναι ελάχιστες αλλά οι φυσικοί κατάφεραν να τις μετρήσουν χρησιμοποιώντας ατομικά ρολόγια.

Μια εγγενής ιδιότητα των ατόμων επιτρέπει τους επιστήμονες να τα χρησιμοποιούν ως ρολόγια. Mετρούν τον χρόνο παρακολουθώντας τις ταλαντώσεις ατόμων καθώς μεταπηδούν ανάμεσα σε δύο ενεργειακές στάθμες εξαιτίας της διέργερσης από μια συγκεκριμένη συχνότητα φωτός και της επακόλουθης αποδιέγερσης. Η συχνότητα της ταλάντωσης είναι εξαιρετικά σταθερή και τα άτομα λειτουργούν έτσι ως μετρονόμοι. Για άτομα που βρίσκονται σε μεγαλύτερο ύψος από το έδαφος, ο χρόνος τρέχει πιο γρήγορα, επομένως θα χρειαστεί μεγαλύτερη συχνότητα φωτός για να γίνει το ενεργειακό άλμα. Παλαιότερα, οι επιστήμονες είχαν μετρήσει με το τρόπο αυτό χρονικές διαφορές, μεταξύ δύο σημείων με υψομετρική διαφορά 33 εκατοστών.

Τώρα σύμφωνα με την πρόσφατη δημοσίευση των ερευνητών Jun Ye et al [Resolving the gravitational redshift within a millimeter atomic sample], μετρήθηκε η χρονική διαφορά μεταξύ δυο σημείων με υψομετρική διαφορά ενός χιλιοστού!

Η διαφορά της έντασης του γήινου βαρυτικού πεδίου μεταξύ δυο σημείων των οποίων η υψομετρική διαφορά είναι 1 χιλιοστό μπορεί να φαίνεται μηδαμινή, όμως είναι σίγουρα διάφορη του μηδενός. Επομένως σύμφωνα με την γενική σχετικότητα η ροή του χρόνου στο πάνω σημείο θα είναι ελάχιστα διαφορετική σε σχέση με το χαμηλότερο. Το πειραματικό επίτευγμα των ερευνητών της προαναφερθείσας εργασίας ήταν ότι κατάφεραν να μετρήσουν μια τέτοια τερατωδώς ελάχιστη διαφορά.

Το ατομικό ρολόι στο εργαστήριο του Jun Ye. Η γαλάζια δέσμη λέιζερ διεγείρει το νέφος ατόμων στροντίου.

Χρησιμοποίησαν ένα ατομικό ρολόι από περίπου 100.000 άτομα στροντίου σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες (100 nK). Αυτά τα άτομα ήταν διατεταγμένα σε ένα πλέγμα, που σημαίνει ότι τα άτομα βρίσκονταν σε μια σειρά διαφορετικών υψών – σαν να στέκονταν στα σκαλοπάτια μιας μικροσκοπικής σκάλας. Η καταγραφή του τρόπου με τον οποίο άλλαζε η συχνότητα σε διαφορετικά ύψη αποκάλυψε μια μετατόπιση. Μετά την διόρθωση για τα μη βαρυτικά φαινόμενα που θα μπορούσαν να μετατοπίσουν τη συχνότητα, διαπίστωσαν ότι ο χρόνος που βιώνουν τα πάνω άτομα είναι κατά 0,000000000000000001% μικρότερος από τον χρόνο που βιώνουν τα άτομα που βρίσκονται ένα χιλιοστό χαμηλότερα, όπως ακριβώς προβλέπει η γενική θεωρία της σχετικότητας.

Έτσι, η κβαντική φυσική στην οποία βασίζεται η λειτουργία του ατομικού ρολογιού, επιβεβαιώνει με εκπληκτική ακρίβεια μια πρόβλεψη της γενικής σχετικότητας. Εν τω μεταξύ η γενική σχετικότητα και η κβαντομηχανική είναι δυο θεωρίες που εξακολουθούν να είναι προκλητικά ασύμβατες μεταξύ τους!

διαβάστε επίσης: 1. An atomic clock measured how general relativity warps time across a millimeter 2. An Ultra-Precise Clock Shows How to Link the Quantum World With Gravity



Κατηγορίες:ΑΤΟΜΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ, ΒΑΡΥΤΗΤΑ, ΚΒΑΝΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ, ΣΧΕΤΙΚΟΤΗΤΑ

Ετικέτες: ,

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Google

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Google. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Σύνδεση με %s

Ο ιστότοπος χρησιμοποιεί το Akismet για την εξάλειψη των ανεπιθύμητων σχολίων. Μάθετε πως επεξεργάζονται τα δεδομένα των σχολίων σας.

Αρέσει σε %d bloggers: