ساعت های اتمی ابزار بسیار دقیقی برای اندازگیری زمان هستند. دانشمندان با استفاده از عنصر کمیاب ایتربیم توانستند دو ساعت شبکه اپتیکی بسیار دقیق بسازند که حتی میتواند خمیدگی فضا-زمان را نیز اندازه بگیرد.
گذر زمان برای همه یکسان نیست. نیروی گرانشی حاصل از جسمی بسیار پرحجم و سنگین زمان را کند می‌کند. این موضوع نظریه‌‌ای در علم فیزیک نوین است که برای اولین بار توسط البرت انیشتین مطرح شد. در علم گرانش، تمام اجسام به سبب جرمشان نیروی گرانشی تولید می‌کند که باعث خمیدگی در فضا-زمان می‌شود. هرچه جسم سنگین‌تر باشد، نیروی گرانش حاصل از آن قوی‌تر و در نتیجه خمیدگی فضا-زمان بیشتر خواهد بود. ساعت‌های دقیق اتمی، به عنوان یک وسیله علمی، خمیدگی حاصل از اجرام را اندازگیری کرده و نشان می‌دهند که هر جرمی چگونه فضا اطراف خود را تغییر داده و در نتیجه باعث ایجاد خمیدگی در فضا-زمان می‌شود.
اندرو لودلو، فیزیکدان موسسه ملی استاندارد و فناوری در بولدر ایالت کلرادو، گفت: «اندازه گیری‌های این دو ساعت را گزارش کرده‌ایم که در اصل فراتر از توان ما برای توجیه این تاثیر در سطح زمین می‌باشد.»
ساعت‌ها صرفا ابزاری هستند که با شمارش عملی تکرار شونده مانند رفت و برگشت پاندول یا ارتعاشات اتمی، گذشت زمان را اندازه می‌گیرند. ساعت‌های مبنتی بر شبکه‌های اپیتیکی (نوری) مانند آنچه در این تحقیق از آن استفاده شده، تا حدودی با همین روند کار می‌کنند.
در ابتدا، دانشمندان با استفاده از لیزر زمینه‌ای برای به دام انداختن اتم می‌سازند. زمینه ایجاد شده چیزی شبیه یک ردیف فنجان است. هزاران اتم ایتربیم این دام‌های فنجان مانند را پر می‌کنند. اگر پرتو لیزری با فرکانسی خاص به این اتم‌ها تابانده شود، الکترون‌های این اتم‌ها تحریک شده و به اوربیتال بالاتر جهش می‌کنند. سپس با آزاد کردن انرژی دریافت شده به اوربیتال سابق بر می‌گردند. فرکانس لیزر باعث می‌شود در هر ثانیه الکترون‌ها نزدیک به یک کادریلیون (1015) بار نوسان کنند. زمانی که پرتو لیزر به فرکانس دقیق لازم برای آغاز این نوسان رسید، از جز دیگر به نام شانه فرکانس اپیتیکی عبور می‌کند. مورد ذکر شده درست مانند چرخ دنده‌های ساعت عمل کرده و اطلاعات موجود در فرکانس اشعه لیزر را به سیگنالی تبدیل می‌کند که با کمک علم الکترونیک به تیک ساعت تبدیل می‌شود.
بر اساس مقاله منتشر شده در ژورنال نیچر،محققان فرکانس را چنان با دقت بالایی مشخص می‌کنند که می‌توان از آن برای اندازه گیری دقیق چگونگی تاثیر گرانش بر زمان استفاده شود. یک جفت ساعت اپیتیکی ایتربیمی با فرکانس انتقال در حد ده به توان منفی هیجده که حداکثر 19-10×2/3 اختلاف دارند، فرکانس‌هایی در حدود 19-10 را اندازه‌گیری کردند. ساعت‌های معمولی بعد از چند هفته، چند ماه، یا تنها چند سال بعد از کار، چند دقیقه‌ای عقب می‌مانند. همان طور که مشخص است، ساعت‌ها ایتتربیمی به قدری دقیق هستند که باید زمانی بسی بیشتر از عمر کیهان بگذرد تا تنها یک ثانیه عقب بیفتند.
با تعیین دقیق موقعیت قرارگیری این دوساعت در میدان جاذبه زمین، می‌توان اندازه گرفت که گرانش زمین چه اندازه زمان را کند می‌کند. لودلو توضیح داد که تیم حاضر در این تحقیقات هنوز این دو ساعت را در مکان‌های مختلف آزمایش نکرده‌اند تا گزارش‌های حاصل از آن را بررسی کنند. آزمایشی مانند این نشان خواهد داد که سرعت گذشت زمان برای ساعتی که دورتر از زمین قرار گرفته است سریع‌تر است زیرا جاذبه اجرام با دور شدن از آنها کمتر می‌شود.
کاری که دانشمندان در این پروژه انجام داده‌اند، جدیدترین تلاش اهل علم برای ساخت ساعت‌های اتمی بسیار دقیق است. آندری دروانکو، فیزیکدان تئوریک دانشگاه نوادا در رنو است، پیشرفت‌های حاصل شده را خارق العاده توصیف کرد. وی در این مطالعه شرکت نکرده است اما نظریه‌پرداز تئوری‌هایی است که در پس ساخت این ساعت‌ها استفاده شده است.
سخن پایانی
ایده دیگری که فیزیک دانان دارند، استفاده از این ساعت‌ها برای به دام انداختن ماده تاریک است؛ ماده‌ای که نه چشم انسان و نه لنز تیزبین تلسکوپ‌ها می‌توانند آن را ببینند یا شناسایی کنند. بر اساس تحقیقات، این‌طور به نظر می‌رسد که این ماده نیرویی گرانشی به کیهان اعمال می‌کند که باعث انبساط و گسترش آن در فضا می‌شود. احتمال دارد ساعت‌های اتمی بسیار دقیق بتوانند این ماده را از روی تاثیری که گرانش آن بر روی فضا-زمان می‌گذارد شناسایی کنند. حتی ممکن است بتوانند موج‌های گرانشی یا همان امواج فضا-زمان را نیز تشخیص دهند. شاید زمان آن رسیده که این ساعت‌ها رابه فضا منتقل کنیم، به جایی که تاثیرات محیطی کمتری وجود دارد. گرچه که حتی گفتن آن نیز سخت به نظر می‌رسد و انجام دادنش بسی سخت‌تر. نظرات خود را در پلازا با ما به اشتراک بگذارید.