Oto najdokładniejszy zegar w historii. Przesuwa granice poznania
Naukowcy zbudowali zegar atomowy, który jest dokładniejszy i precyzyjniejszy od wszystkich dotychczasowych zegarów. Po raz pierwszy zegar jest w stanie wykryć skutki grawitacji przewidziane przez ogólną teorię względności w skali mikroskopowej. Zegar jest najnowszym dowodem na to, że możliwe jest znacznie dokładniejsze zdefiniowanie oficjalnej sekundy i że możliwe są nowe zastosowania zegarów.
W nieustannym dążeniu ludzkości do doskonałości naukowcy opracowali zegar atomowy, który jest dokładniejszy i precyzyjniejszy niż jakikolwiek zegar stworzony wcześniej. Nowy zegar został zbudowany przez naukowców z JILA, wspólnej amerykańskiej instytucji Narodowego Instytutu Standardów i Technologii (NIST) i University of Colorado Boulder.
Zegar ten umożliwi precyzyjną nawigację w rozległych przestrzeniach kosmicznych, a także poszukiwania nowych cząstek. Jego możliwości wykraczają daleko poza zwykłe mierzenie czasu.
Dzięki zwiększonej precyzji, zegary nowej generacji mogą odkrywać ukryte podziemne złoża minerałów i testować z niespotykaną dotąd dokładnością fundamentalne teorie, takie jak ogólna teoria względności.
Architektom zegarów atomowych nie chodzi bowiem tylko o zbudowanie lepszego zegara, ale o rozwikłanie tajemnic wszechświata i utorowanie drogi dla technologii, które ukształtują nasz świat dla przyszłych pokoleń.
Więcej o czasie w kosmosie przeczytasz na Spider`s Web:
Atomy uwięzione w czasie
Nowy zegar JILA wykorzystuje zjawisko znane jako sieć optyczna, aby uwięzić i zmierzyć dziesiątki tysięcy pojedynczych atomów jednocześnie. Osiąga się to za pomocą laserów, które dosłownie zamrażają atomy w przestrzeni.
Uwięzienie tak dużej liczby atomów zapewnia ogromną przewagę w precyzji. Im więcej atomów zostanie zmierzonych, tym więcej danych zegar będzie miał do uzyskania dokładnego pomiaru sekundy.
Aby osiągnąć nowe rekordowe wyniki, naukowcy z JILA użyli laserowego do uwięzienia atomów płytszej, łagodniejszej wersji sieci światła w porównaniu z poprzednimi zegarami sieci optycznej. To znacznie zmniejszyło dwa główne źródła błędów - efekty światła laserowego, które uwięziło atomy, i atomy uderzające o siebie, spowodowane zbyt ciasnym upakowaniem ich obok siebie.
W porównaniu z obecnymi zegarami mikrofalowymi zegar optyczny spóźnia się o jedną sekundę co 30 mld lat. Standardowa sekunda jest ustalana na podstawie atomu cezu, ale nowy zegar wykorzystuje do pomiaru czasu przechłodzone atomy strontu. Urządzenie mierzy czas poprzez liczenie ruchu elektronów wokół atomu. Nowy zegar jest dwa razy dokładniejszy od poprzedniego rekordzisty pomiaru czasu.
Naukowcy opisują swoje postępy w Physical Review Letters. Preprint dostępny jest na arxiv.org.
Pomiar względności w najmniejszych skalach
Ten zegar jest tak precyzyjny, że może wykrywać drobne efekty przewidziane przez teorie takie jak ogólna teoria względności, nawet w skali mikroskopowej. Przesuwa granice tego, co jest możliwe w pomiarze czasu
- powiedział Jun Ye, jeden z fizyków pracujących nad projektem.
Ogólna teoria względności to teoria Alberta Einsteina, która opisuje, w jaki sposób grawitacja jest powodowana przez zakrzywienie przestrzeni i czasu, deformację samej czasoprzestrzeni. Jednym z kluczowych przewidywań ogólnej teorii względności jest to, że sam czas może być kształtowany wpływem grawitacji, co oznacza, że im silniejsze jest pole grawitacyjne, tym wolniej płynie czas.
Nowy zegar może umożliwić wykrywanie relatywistycznych efektów pomiaru czasu w skali submilimetrowej, mniej więcej grubości pojedynczego ludzkiego włosa. Podniesienie lub obniżenie zegara o tę niewielką odległość wystarczy, aby naukowcy mogli dostrzec niewielką zmianę w upływie czasu spowodowaną przez zmianę wpływu grawitacji.
Możliwość obserwacji efektów ogólnej teorii względności w skali mikroskopowej może w znacznym stopniu zniwelować różnice między mikroskopowym światem kwantowym a zjawiskami w dużej skali opisanymi przez ogólną teorię względności.
Nawigacja w przestrzeni kosmicznej
Bardziej precyzyjne zegary atomowe umożliwiają również dokładniejszą nawigację i eksplorację kosmosu. W miarę jak ludzie zapuszczają się coraz dalej w Układ Słoneczny, zegary będą musiały precyzyjnie odmierzać czas na dużych odległościach. Nawet niewielkie błędy w pomiarze czasu mogą prowadzić do błędów nawigacyjnych, które rosną wykładniczo wraz z odległością podróży.
Jeśli chcemy wylądować statkiem kosmicznym na Marsie z dokładnością do milimetra, będziemy potrzebować zegarów, które będą o rzędy wielkości dokładniejsze niż te, które mamy obecnie w GPS. Nasz nowy zegar to duży krok w tym kierunku
- powiedział Ye.
Zapuszczając się w mikroskopijny świat, gdzie przecinają się teorie mechaniki kwantowej i ogólnej teorii względności, badacze otwierają drzwi do nowych poziomów zrozumienia fundamentalnej natury samej rzeczywistości.
Od nieskończenie małych skal, gdzie bieg czasu zostaje zniekształcony przez grawitację, po rozległe granice kosmosu, gdzie rządzą ciemna materia i ciemna energia, niezwykła precyzja nowego zegara obiecuje rozjaśnić niektóre z najgłębszych tajemnic wszechświata.
