محمدرضا کریمی

هرگز کار آسانی نبوده که تئوری های نسبیت آلبرت اینشتین به خانه ها و به میان عموم مردم آورده شوند. این تئوری ها پیش بینی می کنند که سرعت نسبی و جاذبه بر گذر زمان اثر می گذارند. حالا محققان نشان داده اند که در زندگی روزمره هم موقعی که سرعت یک شیء افزایش می یابد ساعت ها کندتر حرکت می کنند و هنگامی که نیروی جاذبه ضعیف می شود سرعت حرکت ساعت ها افزایش می یابد.

در ابتدای دهه 1970 دانشمندان با نصب ساعت های اتمی که با هم انطباق زمانی داشتند بر روی جمبوجت هایی که به سوی شرق و غرب زمین پرواز می کردند تئوری های نسبیت را نشان دادند. به این ترتیب که پرواز هواپیمایی که به سوی غرب زمین می رفت –یعنی هواپیمایی که برخلاف مسیر گردش زمین پرواز می کرد- در مقایسه با یک ساعت مرجع ثابت بر روی زمین زمان بیشتری گرفت. اما پرواز با جمبوجت هم به هرحال زندگی روزمره همه مردم نیست.

چین- ون چو و همکارانش در مؤسسه ملی استانداردها و فناوری ها ( NIST ) واقع در بولدر کلرادوی آمریکا، تئوری های اینشتین را با مقیاس های دنیوی بیشتری تشریح کرده اند. محققان NIST با آزمایش تئوری های خاص و عام نسبیت نشان می دهند که اگر شما از تنها یک پله نردبان بالا روید زمان با سرعت بیشتری می گذرد و اگر با سرعت حدود 36 کیلومتر در ساعت سفر کنید سرعت گذر زمان کند می شود.

هولگر مولر استاد فیزیک دانشگاه کالیفرنیا می گوید:«این مطالعه نشان می دهد که اثبات نسبیت محدود به آزمایشات مربوط به سرعت ها و فاصله های بسیار زیاد نیست و همچنین ثابت می کند که نسبیت چیزی محسوس و ملموس است.»

مطالعاتی که محققان NIST انجام می دهند به ساعت هایی که در اختیار دارند و از جمله دقیق ترین ساعت های جهان هستند وابسته است. ساعت های اتمی استاندارد که از دهه 1950 میلادی به کار گرفته شده اند از ساعت های بسیار دقیقی هستند که در این تحقیق مورد استفاده قرار گرفته اند. آنها امواج ماکروویو یک فرکانس خاص را از روی اتم ها عبور می دهند که اتم ها هم با پریدن به یک سطح بالاتر انرژی پاسخ می دهند. سیگنال ناشی از این پرش به سرچشمه یا منبع امواج مایکروویو منعکس می شود و از انحراف فرکانسش جلوگیری می کند. بنابراین تیک تاک ساعت را در کسر یک در 10 به توان 15 یا بیشتر نگه می دارد.

چو و گروهش برای انجام این مطالعه ساعت نوری ای که در سال 2005 ابداع شده بود را مورد استفاده قرار دادند. این ساعت نور لیزر را مورد استفاده قرار می دهد که فرکانسی تقریباً صدهزار برابر بالاتر از امواج ماکروویو دارد. بنابراین ساعت های نوری ده ها و حتی صدها برابر دقیق تر از ساعت های مایکروویو هستند. ساعت نوری ای که NIST در اختیار دارد کمتر از یک ثانیه را در سه میلیارد سال از دست می دهد.

نسبیت عام می گوید که موقعی که نیروی جاذبه ضعیف می شود سرعت گذر زمان برای اشیا بالا می رود. چو و همکارانش برای نشان دادن این وضعیت یک ساعت نوری را 33 سانتی متر بالاتر از ساعت دیگری قرار دادند. همین جاذبه کمی کمتر در این ارتفاع این نتیجه را در برداشت که سرعت تیک تاک ساعت در مقایسه با ساعت مرجع به میزان کسری از فرکانس چهار در ده به توان منفی 17 معادل یک نود میلیاردم یک ثانیه در بیش از 79 سال افزایش یافت.

نسبیت خاص هم می گوید که سرعت گذر زمان برای اشیای در حال حرکت کند می شود. محققان برای تشریح این وضعیت یک اتم را در ساعت نوریشان تکان دادند به نحوی که در سرعت های نسبی کمتر از ده متر در ثانیه یا 36 کیلومتر در ساعت نوسان یافت. در این موقوع به نظر رسید که سرعت تیک تاک ساعت با فرکانس کسری از تقریباً ^16- 10 × 6  افت کرد.

چو می گوید این مطالعه به یاد مردم می آورد که نسبیت در زندگی روزانه آنها اثر دارد.

توانایی یافتن و نمایان ساختن تغییرات کوچک در جاذبه می تواند در ژئوفیزیک و آب شناسی هم کاربردهایی داشته باشد. به گفته ژرارد گویینر استاد فیزیک دانشگاه منیتوبای کانادا، این توانایی می تواند به دانشمندان در ردیابی این که چگونه جرم- برای مثال در شکل آب- به دنبال تغییرات آب و هوایی توزیع می شود کمک کند.

منبع: http://www.nature.com/news/2010/100923/full/news.2010.487.html