Η θεωρία του Αϊνστάιν επαναβεβαιώθηκε

Επιστήμονες στις ΗΠΑ μέτρησαν τη θεωρία σχετικότητας του Άλμπερτ Αϊνστάιν και πιο συγκεκριμένα τη διαστολή του χρόνου στην μικρότερη κλίμακα που έχει καταστεί δυνατό μέχρι σήμερα. Έδειξαν ότι δύο μικροσκοπικά ατομικά ρολόγια οπτικού πλέγματος, ευρισκόμενα σε υψομετρική απόσταση μόλις ενός χιλιοστού μεταξύ τους ή όσο το πλάτος μιας μύτης μολυβιού, χτυπάνε με διαφορετική ταχύτητα και άρα δείχνουν διαφορετικούς χρόνους. 

Κάποτε τα τεστ της σχετικότητας απαιτούσαν τα ρολόγια ακριβείας να χωρίζονται από αποστάσεις χιλιάδων χιλιομέτρων μεταξύ τους (π.χ. ένα ρολόι στη Γη και ένα σε δορυφόρο), κάτι που πλέον είναι περιττό.

Οι ερευνητές του Εθνικού Ινστιτούτου Προτύπων και Τεχνολογίας (NIST) των ΗΠΑ και του Πανεπιστημίου του Κολοράντο, με επικεφαλής τον Τομπάιας Μπόθγουελ, οι οποίοι έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό «Nature», ανέφεραν ότι τα πειράματα τους δείχνουν πως είναι δυνατό να κατασκευαστούν ατομικά ρολόγια 50 φορές πιο ακριβή από τα σημερινά. 

Επίσης τόσο ακριβή ατομικά ρολόγια ίσως μελλοντικά μπορούν να λειτουργήσουν ως «μικροσκόπια» ανοίγοντας τον δρόμο για να αποκαλυφθεί πώς η σχετικότητα και η βαρύτητα αλληλεπιδρούν με την κβαντομηχανική, ένα μεγάλο αίνιγμα στο πεδίο της Φυσικής.

Η γενική θεωρία σχετικότητας του Αϊνστάιν του 1915 εξηγεί φαινόμενα σε μεγάλη κλίμακα, όπως είναι η βαρυτική επίδραση στον χρόνο, και έχει σημαντικές πρακτικές εφαρμογές όπως η διόρθωση των δορυφορικών μετρήσεων GPS. Μολονότι η θεωρία αυτή έχει πια ηλικία πάνω από έναν αιώνα, παραμένει άκρως γοητευτική για τους φυσικούς. Οι επιστήμονες, μεταξύ άλλων, χρησιμοποιούν ατομικά ρολόγια για να μετρήσουν τη σχετικότητα με όλο και μεγαλύτερη ακρίβεια, κάτι που ευελπιστούν ότι τελικά θα τους βοηθήσει να εξηγήσουν με ποιό τρόπο η βαρύτητα αλληλεπιδρά με την κβαντομηχανική, η οποία «βασιλεύει» στον υποατομικό κόσμο.

Η θεωρία

Σύμφωνα με τη θεωρία σχετικότητας και τη στρέβλωση του χωροχρόνου που προβλέπει, δύο ατομικά ρολόγια σε ελαφρώς διαφορετικά ύψη σε ένα βαρυτικό πεδίο χτυπούν με διαφορετικό ρυθμό. Ένα ρολόι χτυπάει πιο αργά σε χαμηλότερο ύψος, δηλαδή ο χρόνος κυλάει πιο αργά, κάτι που επιβεβαιώθηκε και με το νέο πείραμα (το οποίο χρηματοδοτήθηκε μεταξύ άλλων από τις ένοπλες δυνάμεις των ΗΠΑ), που έγινε σε μικρότερη απόσταση των δύο ρολογιών μεταξύ τους από κάθε άλλη φορά στο παρελθόν.

«Τα ρολόγια οπτικού πλέγματος είναι ήδη τα καλύτερα στον κόσμο και τώρα πετύχαμε ένα επίπεδο απόδοσης τους που κανένας δεν είχε δει έως τώρα», δήλωσε ο καθηγητής φυσικής Σίμον Κόλκοβιτς.

Τα ατομικά ρολόγια είναι τόσο ακριβή επειδή εκμεταλλεύονται μια θεμελιώδη ιδιότητα των ατόμων: όταν ένα ηλεκτρόνιο αλλάζει ενεργειακό επίπεδο, απορροφά ή εκπέμπει φως με μια συχνότητα που είναι η ίδια για όλα τα άτομα ενός συγκεκριμένου χημικού στοιχείου. 

Τα οπτικο-ατομικά ρολόγια κρατούν τον χρόνο χρησιμοποιώντας ένα λέιζερ που είναι συντονισμένο ακριβώς σε αυτή τη συχνότητα. Το νέο πείραμα έγινε με ατομικά ρολόγια που χρησιμοποιούν «νέφη» παγιδευμένων ατόμων στροντίου σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες και στα οποία είναι δυνατό να μετρηθεί φασματοσκοπικά η βαρυτική διαστολή του χρόνου.

Σύνδεσμος για την επιστημονική δημοσίευση: https://www.nature.com/articles/s41586-021-04349-7

Πηγή: ΑΠΕ-ΜΠΕ