Atominiai laikrodžiai atskleidė Žemėje vykstančią anomaliją. Ten laikas teka kitaip

Vienoje aukščiausių Kolorado viršukalnių, ten, kur oras retas, o vaizdai gniaužia kvapą, vyksta išskirtinės lenktynės su laiku. Pačia tiesiogine prasme. Mount Blue Sky kalne, iškilusiame daugiau kaip 4300 metrų virš jūros lygio, mokslininkai išdėstė įrangą, galinčią pakeisti mūsų supratimą apie fundamentalius fizikos dėsnius. Tai ne eilinė tyrimų stotis, o bandymų poligonas vieniems tiksliausių matavimo prietaisų, kada nors sukurtų žmonijos. Jų tikslas – išmatuoti tai, kas, atrodytų, yra neišmatuojama: subtilų gravitacijos poveikį laiko tėkmei.

Laikas ne visur teka vienodai

Albertui Einsteinui priskiriamos bendrosios reliatyvumo teorijos prognozės iki šiol mus stebina. Viena paradoksaliausių jos išvadų teigia, kad laiko tėkmės greitis nėra visur vienodas. Kuo stipresnis gravitacinis laukas, tuo lėčiau teka laikas. Šis reiškinys, vadinamas laiko dilatacija, turi net tokių netikėtų pasekmių, kaip faktas, jog Žemės centras yra šiek tiek „jaunesnis“ nei jos pluta. Eksperimentas Mount Blue Sky kalne siekia išmatuoti šį efektą precedento neturinčiu tikslumu.

Sėkmės raktas – unikali vieta. Kolorado universiteto Boulderyje, Nacionalinio standartų ir technologijų instituto (NIST) bei Nacionalinės vandenynų ir atmosferos administracijos (NOAA) komanda lygina itin tikslaus laikrodžio viršūnėje tiksėjimą su jo „dvynio“, esančio laboratorijoje žemiau, veikimu. Aukščio skirtumas viršija 2600 metrų, o, fizikų skaičiavimais, tai turėtų lemti išmatuojamą laiko skirtumą – keliasdešimt nanosekundžių per parą. Būtent dėl tokio didelio aukščio skirtumo ir artumo tyrimų bazei šis projektas apskritai tapo įmanomas.

Inžinerija ties galimybių riba

Eksperimento širdis – optiniai atominiai laikrodžiai, kurių tikslumas gerokai pranoksta net ir klasikinius cezio laikrodžius. Jų precizika stulbinanti: pats tiksliausias iš jų per sekundę suklystų tik po beveik 40 milijardų metų. Jie veikia lazeriais sužadindami elektronus atomuose, atšaldytuose beveik iki absoliutaus nulio. Būtent itin reguliarūs šių elektronų virpesiai ir tampa laiko etalonu.

Didžiausias iššūkis – ne paties laikrodžio sukūrimas, o jo rodmenų palyginimas tokiu dideliu atstumu ir visiškai skirtingomis sąlygomis. Vienas prietaisas stovi ant atviro, vėjuoto kalno viršūnės, kitas – klimato kontroliuojamoje laboratorijoje. Norėdami juos palyginti, mokslininkai siunčia lazerinius impulsus maždaug 80 kilometrų atstumu, o vėliau – šviesolaidžiais. Tai tikras technologinis meistriškumo pavyzdys, kuris dar visai neseniai atrodė neįgyvendinamas.

„Tai be precedento. Kai prieš 25 metus kūrėme pirmuosius optinius laikrodžius, net nesapnavome, kad toks našumo ir nuotolinio valdymo derinys bus įmanomas“, – prisimena Scottas Diddamsas iš Kolorado universiteto Boulderyje.

Kur ši technologija gali mus nuvesti?

Nors Einsteino teorijos patikrinimas pats savaime yra pakankamai jaudinantis, potencialios nešiojamų optinių laikrodžių taikymo sritys yra labai plačios. Jie galėtų būti naudojami itin tiksliai kartografuoti reljefo pokyčius – pavyzdžiui, žemės kilimą tirpstant ledynams – ar net stebėti vulkaninį aktyvumą. Teoriškai laikrodžio veikimo sulėtėjimas ugnikalnio šlaite galėtų signalizuoti apie magmos judėjimą po paviršiumi. Ši technologija taip pat turi didžiulį potencialą būsimai kosminei navigacijai ir gilesniam kvantinės fizikos dėsnių tyrinėjimui. Galima susidaryti įspūdį, kad Koloradas, turėdamas tokias institucijas kaip JILA, tampa vienu iš pasaulinių vadinamosios „antrosios kvantinės revoliucijos“ centrų.

Projektas, kuriam skirta daugiau nei 120 milijonų JAV dolerių finansavimo, yra daugiau nei fundamentinis tyrimas. Tai investicija į regioninės kvantinių technologijų ekosistemos kūrimą. Jauniems mokslininkams, dalyvaujantiems šiame projekte, tai unikali galimybė dirbti ties pažinimo riba, derinant meilę kalnams su aistra mokslui. Eksperimentas Mount Blue Sky kalne – tai ne tik šimtmečio senumo teorijos patikrinimas. Tai žingsnis į ateitį, kurioje itin tikslus laiko matavimas padės mums geriau suprasti mūsų planetą ir ją valdančius dėsnius.