تؤكد تجارب الساعة الذرية شديدة الدقة على تنبؤات أينشتاين بشأن الوقت

بالعربي/ الفيزيائيون “يشاهدون” مع تباطؤ الوقت.

باستخدام واحدة من أكثر الساعات الذرية دقة في العالم ، أظهر الفيزيائيون أن الوقت يمر بشكل أبطأ قليلاً إذا غيرت ارتفاعك فوق سطح الأرض بمقدار ضئيل 0.008 بوصة (0.2 ملليمتر) – ضعف عرض قطعة من الورق تقريبًا. هذا الاكتشاف هو تأكيد آخر لنظرية النسبية لألبرت أينشتاين ، التي تتنبأ بأن الأجسام الضخمة ، مثل كوكبنا ، تشوه بمرور الوقت وتتسبب في إبطائه. 

قال توبياس بوثويل ، طالب دراسات عليا في الفيزياء في JILA ، والتي يديرها المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا NIST) وجامعة كولورادو.

في عام 1915 ، أظهر أينشتاين أن أي شيء له كتلة سيشوه نسيج الزمكان – وهو تأثير نختبره كقوة الجاذبية. يمكنك التفكير في الجاذبية على أنها تضغط على تدفق الوقت. هذه الفكرة المحيرة للعقل تعني أن الساعات القريبة من الأرض تعمل ببطء مقارنة بتلك البعيدة عنها – وهي ظاهرة تسمى تمدد الوقت . 

أظهر الباحثون بالفعل أن الساعات الذرية فائقة الدقة التي يتم تشغيلها على متن الطائرات تعمل بشكل أبطأ بشكل ملحوظ من تلك الموجودة على الأرض ، وفقًا لكتاب ” الاختبارات التجريبية لطبيعة الزمن ” (Fullerton College ، 2020). في عام 2010 ، سجل العلماء رقماً قياسياً جديداً من خلال قياس مرور الوقت بساعتين ذريتين  من الألمنيوم مفصولة في الارتفاع بحوالي 1 قدم (33 سم) ، ووجدوا أن الساعة الأعلى كانت أسرع قليلاً ، على حد قول بوثويل.

وأضاف أن هذا القياس الأخير هو حوالي 1000 عامل أفضل. قال بوثويل: “لقد فتحنا الأبواب حقًا عن مدى جودة قياس التردد”.

استخدمت التجربة مجموعة من ما يقرب من 100000 ذرة من نظير السترونتيوم 87 ، والذي يستخدم غالبًا في الساعات الذرية ، ويتم تبريده إلى جزء من درجة أعلى من الصفر المطلق ووضعه في هيكل يُعرف بالشبكة الضوئية. تستخدم الشبكة الضوئية حزمًا متقاطعة من ضوء الليزر لإنشاء منظر طبيعي من القمم والوديان يشبه كرتون البيض ، حيث يتم وضع كل ذرة في أحد الوديان ، وفقًا لـ NIST .

تتأرجح كل ذرة من ذرات السترونتيوم ذهابًا وإيابًا ، وتدق من تلقاء نفسها داخل واديها 500 تريليون مرة في الثانية ، مثل بندول ساعة الجد المجهرية ، مما يسمح للفريق بقياس أجزاء من الثانية إلى 19 منزلاً عشريًا لا يُصدق ، وفقًا لمقال نُشر عام 2018 في مجلة وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 

قال بوثويل إن ذرات السترونشيوم في الشبكة الضوئية كانت مرتبة في طبقات عديدة ، مثل كومة من الفطائر. من خلال تسليط الليزر على الطبقات ، تمكن هو وزملاؤه من قياس مدى سرعة تكتكة الذرات في كل طبقة. 

قال : “بينما تتنقل من أعلى إلى أسفل ، ترى كل طبقة ترقص بشكل مختلف قليلاً بفضل الجاذبية “. تم نشر النتائج في 16 فبراير في مجلة نيتشر . 

قال موكوند فينجالاتور ، عالم فيزياء ذرية مستقل لم يشارك في العمل: “يمكن لهذه الأنواع من تجارب الساعة أن تلقي الضوء على طبيعة الوقت نفسه”. 

وأضاف أن ذلك لأن ذرات السترونتيوم قادرة على وضعها فيما يعرف بتراكب الحالات ، أي حالتين في وقت واحد. وفقًا لميكانيكا الكم ، يمكن أن توجد الجسيمات في موقعين (أو حالتين) في وقت واحد ، لذلك قد تضع التجارب المستقبلية ذرة السترونشيوم في تراكب حيث توجد في “فطائرتين” مختلفتين في نفس الوقت ، على حد قول فنجالاتور. 

مع وجود الجسيم في كلا المكانين في وقت واحد ، يمكن للفريق بعد ذلك قياس مرور الوقت في نقاط مختلفة على طول ذرة السترونتيوم المتراكب ، والتي ستتغير بفضل قوة الجاذبية المختلفة التي تشعر بها. وقال فينجالاتور إن هذا يجب أن يظهر أنه “في أحد طرفي الجسيم ، يمر الوقت بسرعة واحدة”. “وفي الطرف الآخر ، إنها تعمل بسرعة مختلفة.”

وأضاف أن هذا الاحتمال الغريب بشكل لا يصدق يقع في قلب الاختلاف بين العوالم الكمومية والعالمية الكلاسيكية. لا يمكن للأشياء الكلاسيكية ، مثل كرات التنس والأشخاص ، أن توجد في التراكبات حيث توجد في مكانين في وقت واحد. لكن من غير الواضح أين يحدث التبديل بين الكم والكلاسيكي. من خلال زيادة المسافة بين الفطائر ، يمكن للباحثين بشكل أساسي جعل الجسيم ينمو أكبر وأكبر ويحتمل أن يروا عندما يتوقف عن التصرف مثل الجسيمات الكمومية وأكثر شبهاً بالجسيم الكلاسيكي.

قد تسمح مثل هذه التجارب للفيزيائيين بالاقتراب من حلم طال انتظاره – نظرية لكل شيء من شأنها أن توحد نظرية النسبية لأينشتاين ، والتي تصف الحجم الكبير جدًا بميكانيكا الكم ، والتي تصف ما هو صغير جدًا.

في غضون ذلك ، ساعدت التجربة الحالية الفريق على تصور طرق لإنتاج ساعات ذرية أكثر دقة ، كما قال بوثويل. وأضاف أنه يمكن استخدام أدوات المستقبل لقياس الاختلافات الصغيرة في كتلة الأرض تحتها ، مما يجعل الساعات مفيدة للكشف عن تدفق الصهارة داخل البراكين ، والتغيرات في المياه الذائبة داخل الأنهار الجليدية أو حركة الصفائح القشرية لكوكبنا. 

المصدر/ livescience.comالمترجم/barabic.com