فیزیک دانان با استفاده از آزمایش‌ها و محاسبات یکی از دقیق‌ترین ساعت‌های اتمی جهان، دریافتند که اگر ارتفاع خود را از سطح زمین به اندازه ۰.۰۰۸ اینچ (۰.۲ میلی‌متر یا تقریباً به اندازه دو برابر عرض یک تکه کاغذ) تغییر دهید، زمان کمی متفاوت می‌گذرد. این یافته تأیید دیگری بر نظریه نسبیت آلبرت انیشتین است که پیش‌بینی می‌کند اجرام عظیم مانند سیاره ما، گذر زمان را منحرف می‌کنند و باعث کاهش سرعت آن می‌شوند.
در سال ۱۹۱۵، انیشتین نشان داد هر چیزی که جرم داشته باشد، ساختار فضا-زمان را مخدوش می‌کند. این ایده جالب به این معناست که طبق مفهوم «فضا-زمان» (Space Time)، ساعتی که نسبت به ناظر ساکن، در حال حرکت است، زمان را کندتر اندازه‌گیری می‌کند. این اتفاق در حالتی که ناظر مذکور در میدان گرانشی قوی‌تری باشد نیز رخ خواهد داد. به بیان دیگر، ساعت‌های نزدیک‌تر به زمین در مقایسه با ساعت‌های دورتر از آن، کند عمل می‌کنند که به این پدیده اتساع زمان گفته می‌شود.
توبیاس بوث ول، فارغ التحصیل رشته فیزیک در JILA ـ که به صورت مشترک توسط موسسه ملی استاندارد و فناوری و دانشگاه کلرادو اداره می‌شود ـ بیان داشت: «در این تحقیقات، اختلاف زمانی بین تیک تیک ساعت در فاصله‌ای کمی بزرگتر از موی انسان مورد اندازه گیری قرار گرفته است.»
طبق کتاب «تست‌های تجربی ماهیت زمان» (کالج فولرتون، ۲۰۲۰)، محققان قبلاً نشان داده‌اند که ساعت‌های اتمی فوق‌العاده دقیقی که در هواپیما‌های در حال پرواز وجود دارند، بسیار کندتر از ساعت‌های روی زمین عمل می‌کنند. همچنین بوث ول گفت: «در سال ۲۰۱۰، دانشمندان با اندازه‌گیری گذر زمان با دو ساعت اتمی مبتنی بر آلومینیوم که در ارتفاعی حدود ۱ فوت (۳۳ سانتی‌متر) از هم فاصله داشتند، رکورد جدیدی را ثبت کردند و دریافتند که عقربه‌های ساعت نصب شده در ارتفاع بالاتر کمی سریع‌تر حرکت می‌کنند.» او افزود که: «آخرین اندازه گیری‌های صورت گرفته با ضریب ۱۰۰۰ بهبود بخشیده شده اند.»
در این آزمایش از مجموعه‌ای از تقریباً ۱۰۰۰۰۰ اتم ایزوتوپ استرانسیوم ۸۷ استفاده شده است که به طور معمول در ساعت‌های اتمی مورد استفاده قرار میگیرد. این اتم‌ها در کمی بالاتر از صفر مطلق سرد شده و در ساختاری به نام شبکه نوری قرار داده می‌شوند. به گفته NIST، یک شبکه نوری از پرتو‌های متقاطع نور لیزر برای ایجاد ساختار‌هایی مشابه با قله‌ها و دره‌های متوالی (چیزی شبیه به کارتن تخم مرغ) ایجاد می‌شود که هر اتم در هر یک از این دره‌ها جای میگیرد.
طبق مقاله‌ی چاپ شده در مجله "Proceedings of the National Academy of Sciences " در سال ۲۰۱۸، هر اتم استرانسیوم به سمت جلو و عقب نوسان می‌کند و به تنهایی در داخل دره خود ۵۰۰ تریلیون بار در ثانیه همانند یک آونگ میکروسکوپی حرکت می‌کند و به تیم تحقیقات اجازه می‌دهد تا کسری از ثانیه را تا ۱۹ رقم اعشار اندازه گیری کند.
بوث ول گفت: «اتم‌های استرانسیوم درلایه‌های زیادی از این شبکه نوری قرار گرفته اند.» او و همکارانش با تابش لیزر بر روی این لایه‌ها توانستند سرعت نوسان اتم‌های هر لایه را به طور دقیق اندازه‌گیری کنند.
او همچنین بیان داشت: «هنگامی که از لایه‌های بالاتر به سمت لایه‌های پایین‌تر پیش می‌روید، مشاهده خواهید کرد که اتم‌های هر لایه به سبب نیروی جاذبه، کمی متفاوت از لایه‌های دیگر به نوسان در می‌آیند.» این یافته‌ها در ۱۶ فوریه در مجله Nature نیز منتشر شد.
موکوند ونگالاتوره، فیزیکدان اتمی در این باره بیان داشت: «این نوع آزمایش‌ها توسط ساعت‌های اتمی می‌توانند ماهیت خود زمان را روشن کنند. زیرا اتم‌های استرانسیوم می‌توانند در حالتی تحت عنوان برهم نهی کوانتومی (حالتی است که در صورت عدم مشاهده یک شی کوانتومی، آن شی می‌تواند به طور همزمان در تمام حالت‌های ممکن قرار داشته باشد) قرار گیرد. بر اساس مکانیک کوانتومی، ذرات کوانتومی می‌توانند در چند مکان (یا حالت) به طور همزمان وجود داشته باشند، بنابراین آزمایش‌های آینده ممکن است یک اتم استرانسیوم را در یک برهم نهی قرار دهند که در آن، ذره همزمان در دو جایگاه متفاوت قرار دارد.
با توجه به این قاعده فیزیکی، تیم تحقیقات می‌توانند گذر زمان را در نقاط مختلف و در امتداد اتم استرانسیوم مورد بررسی قرار دهند که به لطف نیروی گرانشی متفاوتی که ذره در مکان‌های مختلف احساس می‌کند، گذر زمان نیز برای ذره متفاوت خواهد بود. ونگالاتور گفت: «در این تحقیقات می‌توان نشان داد که در یک انتهای ذره، زمان با یک سرعت و در انتهای دیگر، با سرعت متفاوتی در حال گذر است.»
او افزود: «اصل برهم نهی کوانتومی تفاوت بین جهان کوانتومی و کلاسیک است. اشیاء کلاسیک، مانند توپ‌های تنیس و افراد، نمی‌توانند از اصل برهم نهی تبعیت کنند و در آن واحد در دو مکان متفاوت قرار گیرند. با این حال، در این آزمایشات، با افزایش فاصله بین محل‌های قرار گیری ذرات اتمی، محققان می‌توانند اساساً ذره را بزرگ و بزرگتر کنند و به طور بالقوه ببینند که این اتم‌ها چه زمانی همانند یک ذره کوانتومی و چه زمانی شبیه به یک ذره کلاسیک رفتار می‌کند.»
چنین آزمایش‌هایی ممکن است به فیزیکدانان این امکان را بدهد که به هدف چندین ساله خود، یعنی ارائه " theory of everything " نزدیک و نزدیک‌تر شوند که در آن نظریه نسبیت انیشتین که به توصیف اجرام بسیار بزرگ و مکانیک کوانتومی که به توصیف اجرام بسیار کوچک می‌پردازند به نقطه نظر مشترکی برسند.
بوث ول گفت: «در امتداد این تحقیقات، آزمایش فعلی به تیم تحقیق کمک کرده است تا راه‌هایی برای تولید ساعت‌های اتمی دقیق‌تر پیش‌بینی کنند. همچنین می‌توان از ابزار‌های آینده برای اندازه‌گیری تفاوت‌های کوچک در جرم زمین و حتی دنیای زیر پای خود بهره برد و به طور بالقوه از این ساعت‌ها برای تشخیص جریان ماگما در داخل آتشفشان‌ها، تغییرات ذوب داخل یخچال‌های یخ یا حرکت صفحات پوسته‌ای سیاره زمین استفاده کرد.»
0 دیدگاه