كيف يمكن للساعة الأكثر دقة في العالم أن تغير الفيزياء الأساسية؟

قاس العلماء الأمريكيون نظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين - التي تنص على أن الجاذبية تبطئ الوقت - على أصغر مقياس على الإطلاق ، مما يدل على أن الساعات تدق بمعدلات مختلفة عند فصلها بأجزاء من المليمتر.

قال جون يي ، من المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) وجامعة كولورادو بولدر ، لوكالة فرانس برس إنها كانت "إلى حد بعيد" الساعة الأكثر دقة على الإطلاق - ويمكن أن تمهد الطريق لاكتشافات جديدة في ميكانيكا الكم ، كتاب القواعد للعالم دون الذري.

نشر يي وزملاؤه النتائج التي توصلوا إليها في مجلة نيتشر المرموقة يوم الأربعاء ، واصفين التطورات الهندسية التي مكنتهم من بناء جهاز أكثر دقة بمقدار 50 مرة من أفضل ساعتهم السابقة ، والتي كانت في حد ذاتها محطمة للأرقام القياسية ، تم بناؤها في عام 2010.

منذ أكثر من قرن مضى ، في عام 1915 ، طرح أينشتاين نظريته عن النسبية العامة ، والتي تنص على أن مجال الجاذبية لجسم هائل يشوه الزمكان.

يؤدي هذا إلى تحريك الوقت بشكل أبطأ كلما اقترب المرء من الكائن.

لكن لم يتمكن العلماء من إثبات هذه النظرية إلا بعد اختراع الساعات الذرية - التي تحافظ على الوقت من خلال اكتشاف الانتقال بين حالتين من الطاقة داخل ذرة معرضة لتردد معين.

تضمنت التجارب المبكرة مسبار الجاذبية A لعام 1976 ، والذي تضمن مركبة فضائية على ارتفاع ستة آلاف ميل (10000 كيلومتر) فوق سطح الأرض وأظهرت أن الساعة على متنها كانت أسرع من نظيرتها على الأرض بمقدار ثانية واحدة كل 73 عامًا.

منذ ذلك الحين ، أصبحت الساعات أكثر دقة ، وبالتالي فهي أكثر قدرة على اكتشاف تأثيرات النسبية.

قبل عقد من الزمان ، سجل فريق يي رقمًا قياسيًا من خلال مراقبة الوقت يتحرك بمعدلات مختلفة عندما تم رفع ساعتهم بمقدار 33 سم (ما يزيد قليلاً عن قدم).

- نظرية كل شيء -

كان الاختراق الرئيسي الذي حققته يي هو العمل مع شبكات الضوء ، المعروفة باسم المشابك الضوئية ، لاحتجاز الذرات في ترتيبات منظمة. هذا لمنع الذرات من السقوط بسبب الجاذبية أو الحركة بطريقة أخرى ، مما يؤدي إلى فقدان الدقة.

يوجد داخل ساعة Ye الجديدة 100000 ذرة من السترونشيوم ، موضوعة فوق بعضها البعض مثل كومة من الفطائر ، ويبلغ ارتفاعها الإجمالي حوالي ملليمتر واحد.

الساعة دقيقة للغاية لدرجة أنه عندما قسم العلماء المكدس إلى قسمين ، يمكنهم اكتشاف الاختلافات في الوقت في النصفين العلوي والسفلي.

في هذا المستوى من الدقة ، تعمل الساعات أساسًا كمستشعرات.

قال يي: "المكان والزمان مرتبطان". "ومع دقة قياس الوقت ، يمكنك في الواقع أن ترى كيف يتغير الفضاء في الوقت الفعلي - فالأرض هي جسم حي وحي."

يمكن لمثل هذه الساعات المنتشرة في منطقة نشطة بركانيًا أن تخبر الجيولوجيين بالفرق بين الصخور الصلبة والحمم البركانية ، مما يساعد على التنبؤ بالانفجارات البركانية.

أو، على سبيل المثال ، دراسة كيف يتسبب الاحترار العالمي في ذوبان الأنهار الجليدية وارتفاع المحيطات.

لكن أكثر ما يثير اهتمام يي هو كيف يمكن للساعات المستقبلية أن تبشر بعالم جديد تمامًا من الفيزياء.

يمكن للساعة الحالية اكتشاف الفروق الزمنية عبر 200 ميكرون - ولكن إذا تم تخفيض ذلك إلى 20 ميكرون ، فيمكنها البدء في استكشاف العالم الكمي ، مما يساعد على سد الفجوات من الناحية النظرية.

بينما تشرح النسبية بشكل جميل كيف تتصرف الأجسام الكبيرة مثل الكواكب والمجرات ، إلا أنها تتعارض بشكل مشهور مع ميكانيكا الكم ، التي تتعامل مع الأشياء الصغيرة جدًا ، وترى أن كل شيء يمكن أن يتصرف مثل الجسيم والموجة.

سيؤدي تقاطع المجالين إلى تقريب الفيزياء من "نظرية كل شيء" الموحدة التي تشرح جميع الظواهر الفيزيائية للكون.