آلبرت انیشتین در نظریه نسبیت عام خود چیزی به نام گسترش زمان را پیش بینی کرد. گسترش زمان در قالب یک مثال کلاسیک و ساده معمولاً با مثال دو ساعت یکسان تحت دو کشش گرانشی متفاوت نشان داده می شود. گفته می شود که دو ساعت تحت دو کشش گرانشی متفاوت همیشه با سرعت های متفاوت کار می کند یا به عبارت دیگر سرعت تیک آنها متفاوت خواهد بود.
از آن زمان، اثر تأخیر زمانی در بسیاری از آزمایش‌ها مشاهده شده است. اما اکنون دانشمندان گسترش زمان را به کوچکترین مقیاس ممکنی که تاکنون دیده‌ایم ثبت کرده‌اند و به رکوردی بی‌سابقه رسیده‌اند. در واقع، ابزار جدید آنها برای اندازه گیری زمان آنقدر دقیق است که هر 300 میلیارد سال فقط یک ثانیه از آن عقب می ماند.
نتیجه نهایی با کمک ساعت های اتمی فوق دقیق به دست می آید که در فاصله تنها یک میلی متری (به اندازه نوک تیز یک مداد) قرار دارند. جمع‌آوری 90 ساعت داده از این دو ساعت، تیم تحقیقاتی را به قرائتی هدایت کرد که 50 برابر دقیق‌تر از هر اندازه‌گیری قبلی بود.
البته باید توجه داشت که هر چه مقیاس آزمایش‌های ما کوچکتر و دقیق‌تر باشد، بیشتر به مکانیک کوانتومی برای توضیح رویدادهای جاری در آزمایش‌ها تکیه می‌کنیم. محققان امیدوارند یافته های جدید آنها بتواند راه را برای یادگیری بیشتر انسان در مورد چگونگی تأثیر اعوجاج فضا-زمان بر خواص ذرات بر اساس فیزیک کوانتومی هموار کند. در دنیای خودمان، ما در حال تجربه اثر انحنای فضا-زمان بر روی ذرات به شکل گرانش هستیم.
آن ها هستندیک فیزیکدان در دانشگاه کلرادو بولدر می گوید:
مهم‌ترین و هیجان‌انگیزترین نتیجه این است که ما می‌توانیم به طور بالقوه فیزیک کوانتومی را به گرانش مرتبط کنیم، مانند فیزیک پیچیده که توزیع ذرات در نقاط مختلف منحنی فضا-زمان را کنترل می‌کند.
در این آزمایش محققان پدیده ای به نام شبکه نوری آنها از شبکه ای از نور لیزر برای گرفتن اتم ها در ناحیه مورد نظر برای مشاهده آنها استفاده کردند. این تکنیک برای آخرین نسل ساعت های اتمی استفاده می شود و دقت زمانی بیشتری نسبت به امواج نور لیزر ارائه می دهد. از این شبکه ها می توان برای شبیه سازی کوانتومی نیز استفاده کرد.
در آزمایش اخیر، دو قرائت از یک ساعت اتمی گرفته شده است از یک ابر اتمی با همان حالت انرژی و در شرایط بسیار کنترل شده به دست می آید. در واقع، اتم ها در هماهنگی کامل بین دو سطح انرژی به مدت 37 ثانیه حفظ شدند که یک رکورد جدید در انسجام کوانتومی است. از طرفی وجود چنین ثبات و انسجامی برای این نوع اندازه گیری های دقیق همیشه ضروری است.
مقاله مرتبط:
انسجام کوانتومی ایده آلی که ایجاد شد به دانشمندان این امکان را داد که خوانش ها را در دو نقطه مختلف ثبت کنند و انتقال قرمز یا قرمزی ابری متشکل از 100000 اتم استرانسیوم فوق سرد شده را اندازه گیری کنند. جابجایی قرمز، تغییر در فرکانس انتشار اتم ها در طیف الکترومغناطیسی یا به عبارت دیگر، سرعت تیک تاک ساعت اتمی نشان می دهد.
در حالی که تفاوت جمعیت بومی در این فاصله کوتاه تنها 0.00000000000000000000000001 یا بیشتر است، این رقم مطابق با پیش‌بینی‌های نظریه نسبیت عام است. این تفاوت‌های به ظاهر کوچک می‌توانند در مقیاس کل جهان یا حتی هنگام کار با سیستم‌هایی که به دقت بسیار بالایی نیاز دارند، مانند ناوبری GPS، تفاوت اساسی ایجاد کنند. او معتقد است:
این یک وضعیت کاملاً جدید است، یک ساختار جدید که در آن می توان مکانیک کوانتومی را در انحنای فضا-زمان مطالعه کرد.
وی در ادامه خاطرنشان می کند:
اگر بتوانیم جابه‌جایی به سرخ را حتی 10 برابر بهتر از مقدار فعلی اندازه‌گیری کنیم، می‌توانیم کل امواج اتمی را در انحنای فضا-زمان خود ببینیم. توانایی اندازه گیری تفاوت های زمانی در چنین مقیاس دقیقی می تواند به ما در تعدادی از اکتشافات کمک کند. مثلا درک این جاذبه [چرا و چگونه] انسجام کوانتومی را مختل می کند. این احتمالاً پاسخ نهایی و اساسی به معمای بزرگی جهان ما خواهد بود [بر مبنای اصول مکانیک] آثار کلاسیک [برخلاف مقیاس کوانتومی].
آنچه در تحقیقات اخیر در مورد تاخیر زمانی هیجان انگیز است این است که نتایج نشان می دهد که ساعت های اتمی در آینده دقیق تر خواهند شد. چنین فرآیندی نقشه راه امیدوارکننده ای را در اختیار دانشمندان قرار می دهد که در آن اندازه گیری ها به طور مداوم در مقیاس کوچکتر در حال تغییر هستند. ساعت‌های اتمی در دهه‌های اخیر راه طولانی و هیجان‌انگیزی را طی کرده‌اند و مطمئناً در آینده بیشتر درباره آنها خواهیم شنید.
مطالعه اخیر در مجله Nature منتشر شده است.