نسبیت با دستکاری آدمیزاد

در پارادوکس معروف دوقلوها، همزادی که با سرعت بسیار بالا در یک سفینه به سفر برود، در هنگام بازگشت به خانه از برادر یا خواهر خود که در زمین مانده بود جوانتر خواهد بود. با وجود اینکه …

در پارادوکس معروف دوقلوها، همزادی که با سرعت بسیار بالا در یک سفینه به سفر برود، در هنگام بازگشت به خانه از برادر یا خواهر خود که در زمین مانده بود جوانتر خواهد بود. با وجود اینکه انبساط زمان برای هر جسم در حال حرکتی اتفاق می افتد، اما آنقدر ناچیز است که در مقیاس های زندگی انسان ها قابل اندازه گیری نیست.

اما هم اکنون فیزیکدانان آمریکایی با استفاده از دو تا از دقیق ترین ساعتهای نوری دنیا توانسته اند انبساط زمان و دیگر تاثیرات نسبیتی در سرعت بالا را که در مقیاس بشری است مشاهده کنند.این تیم مشاهده کرده است که ساعتی که با سرعتی کمتر از km/h۳۵ حرکت میکند نسبت به دوقلوی خود کندتر کار میکند. این آزمایش همچنین نشان داده است که زمان در ساعتی که تنها ۳۳ cm بالاتر از دیگری قرار دارد تند تر کار میکند.

جیمز چین و دیگر همکاران در موسسه ی بین المللی استاندارد و تکنولو‍ژی(NIST) در بولدر، کولورادو با استفاده از دو ساعت –که هر کدام فقط بر روی یک یون آلومینیوم قرار دارند- آزمایش خود را در مورد اتساع زمانی انجام دادند. اولین ساعت که اوایل امسال رونمایی شده بود دقتی برابر ۳.۷ ثانیه در بیلیون سال دارد و ساعت دوم نیز دارای همین ویژگی است.

اندازه گیری منطقی کوانتومی

در هر دو ساعت یون سرد و محبوس شده است و از میدان الکتریکی و نور لیزر استفاده میکند. فرکانس ساعت توسط یک تغییر نوری در یون تولید میشود، که به وسلیه ی یک لیزر که به طرف یون شلیک میشود و لیزر را در همان فرکانسی که نور را جذب کرده قفل می کند اندازه گیری می شود. این عمل با کمک یک تک یون منیزیم (این یون در ساعت دوم بریلیم است) که با آلومینیوم در یک واکنش ترکیب شده است انجام میشود، که ( QLS -quantom logic spectroscopy) نام دارد.

این تیم برای مشاهده ی پدیده ی اتساع زمان در قلب پارادوکس دوقلوها، یکی از یون های آلومینیوم را با تنظیم یک میدان الکتریکی که آن را وادار به حرکت میکرد به حالت نوسان آرام درآوردند. یونی که در ساعت دوقلو وجود داشت کمابیش ثابت مانده بود و وقتی که تیم فرکانس این دو ساعت را باهم مقایسه کرد متوجه این موضوع شدند که زمان در ساعت در حال حرکت وقتی که سرعت میانگین آن km/h ۳۵ بود به اندازه ی ۱۰به توان ۱۶- بار کندتر کار میکرد. آنها اندازه گیری های خود را با سرعت های متفاوت بین ۰ تا ۴۰ km/h تکرار کردند، و به این نتیجه رسیدند که اتساع زمان دقیقا با توجه به پیش بینی های نسبیت خاص اتفاق می افتد.

بالا بردن یک ساعت

برای اندازه گیری این اثر ابتدا باید دو ساعت را با فاصله ی عمودی ۱۷cm به حرکت درآورد سپس یکی از ساعت ها را ۳۳cm بالا برده و دوباره به حرکت درآورد. این عمل باعث تغییری در حدود (۱۶- ^۱۰×۴) ثانیه در فرکانس ساعت شد _که در تطابق با نسبیت عام است. این تغییر زمانی در مقیاس انسانی به اندازه ی ۹۰ بیلیونیوم ثانیه در طول ۸۰ سال عمر است. طبق گفته ی چو (chou) به physicsworld این تیم سعی دارد این زمان را کاهش دهد. در صورت موفقیت میتوان از این ساعت ها برای نمایان ساختن تغییرات کوچک در پتانسیل گرانشی زمین سود برد. یک شبکه از این ساعت ها که در سراسر زمین قرار گرفته اند میتوانند اطلاعات گرانبهایی را در اختیار ژئوفیزیکدانان قرار دهند.

جرالد جویینر(Gerald Gwinner) از دانشگاه مانیتوبا معتقد است چنین شبکه هایی بسیار مفید خواهند بود، "توانایی ارتباط دادن این چنین ساعت هایی با استفاده از فیبرهای ارتباطی بلند به طور حتم این اجازه را به ما خواهد داد تا یک شبکه زمانی واقعی از مانیتورهای گرانشی تولید کنیم."او توضیح میدهد که "ژئوفزیکدانان و دانشمندان علوم طبیعی از این وسیله ها استفاده های فراوانی خواهند برد."

جویینر افزود: اثباتNIST به فیزیکدانان کمک میکند تا پدید ی اتساع زمان را برای عموم مردم توضیح دهند. "من قادر خواهم بود تا به حضار بگویم میتوان پدیده ی اتساع زمان را حتی در سرعت تکان دادن یک دست مشاهده کرد." همانطور که من دستم را تکان دادم، آنها نیز یون های خود را به عقب و جلو حرکت دادند.