رادیو زمانه

تاریخ انتشار مطلب: ۶ مهر ۱۳۸۹

هبوط نسبیت

برگردان: احسان سنایی

بر اساس پیش‌بینی‌های اینشتین، اندکی سرعت کمتر حین رانندگی یا یک پله صعود از نردبانی عادی، برای ایجاد تأخیر در سیر زمان از دید خودمان کافی‌ست.هیچ‌گاه هبوط عملی «نسبیت» آلبرت اینشتین، که تأثیر سرعت و گرانش نسبی بر سیر زمان را وصف می‌کند؛ از پندار خیال‌پرور مردم به حد و ابعاد خانه‌هایشان ممکن نبوده است. در اوایل دهه‌ی ۷۰میلادی بود که دانشمندان این نظریه‌ را با یاری دو ساعت اتمی همگام، که هر دو بر دو هواپیمای جمبوجت؛ یکی به‌سوی شرق و دیگری به‌شوی غرب زمین به پرواز درآمدند؛ اثبات نمودند.


پروفسور آلبرت اینشتین – دوم ژانویه‌ی ۱۹۲۱– نیویورک / Bettmann

هواپیمای غرب‌رو – که در خلاف جهت چرخش زمین رهسپار دورها شد – در قیاس با ساعت مرجعی که بر زمین مستقر بود؛ دچار تأخیر گردید ... اما این داستانِ چندان محسوسی برای لمس تأثیرات روزمره‌ی این فراگیرترین قانون حاکم بر رفتار نیروی گرانش نیست.

دکتر «چین‌ون چو» (Chin-Wen Chou) و همکاران‌اش از انیستیتو ملی استانداردها و فناوری بولدر (NIST) در کلرادو اما هم‌اکنون نشان از صحت عملی فرضیات اینشتین در مقیاس‌های آشناتر داده‌اند. پژوهش‌گران NIST، طی آزمایشات صورت‌پذیرفته بر نظریات نسبیت عام و خاص، نشان داده‌اند اگر حتی فقط یک پله از نردبانی صعود کنید؛ زمان، بالنسبه سریع‌تر خواهد گذشت و کاهش دست‌کم 36 کیلومتر بر ساعت از سرعت حرکت اتومبیل‌تان هم آهسته سیر زمان را کندتر خواهد کرد. نتایج این پژوهش، در شماره‌ی این هفته‌ی نشریه‌ی علمی Science انتشار یافته است.

دکتر «هولگر مولر» (Holger Müller)؛ فیزیکدانی از دانشگاه کالیفرنیا-برکلی می‌گوید این بررسی نشان داد که نسبیت، دیگر محدود به آزمایشات بزرگ‌مقیاس نیست. وی در ادامه می‌افزاید: «این اساساً شاهکار تکنولوژیکی بزرگی ا‌ست؛ اما مؤلفه‌ای فلسفی هم در درون خود دارد. این [بررسی] نشان می‌دهد که نسبیت، چیزی ملموس است».

مطالعات پژوهش‌گران NIST، البته وابسته به ساعت‌هایشان بود، که در رده‌ی دقیق‌ترین‌های جهان‌اند. ساعت‌های اتمی استاندارد، که از حدود دهه‌ی 50 میلادی رواج یافته‌اند، امواج ریزموجی را در یک فرکانس مشخص روانه‌ی اتم‌های سزیم می‌کنند و این اتم‌ها هم با افزایش یک پله‌ای سطح انرژی‌شان، متقابلاً پاسخ می‌دهند. سیگنال آزادشده توسط اتم هدف طی این جهش، دیگربار انرژی ارسالی را به منبع ریزموج پس می‌فرستد و همین، موجب ثبات فرکانس منبع امواج ریزموج می‌شود. از این‌روست که «تیک‌‌تاک»های چنین ساعتی به‌میزان یک واحد در ۱۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰ یا بیشتر، دقت دارند!

چو و تیم‌اش در این بررسی، از یک ساعت اتمی اپتیکی که در سال ۲۰۰۵طراحی شده بود، بهره بردند. این ساعت از نور لیزر که فرکانس‌اش یکصد‌هزار بار بیشتر از امواج ریزموج است، استفاده می‌بَرد. به‌همین‌واسطه هم ساعت‌های اپتیکی، ده‌ها یا صدها بار از ساعت‌‌های ریزموجی دقیق‌ترند. ساعتی که تیم NIST از آن بهره بُرد، هر سه میلیارد سال، کمتر از ۱ ثانیه خطا می‌کند!

بازی با زمان

نسبیت عام می‌گوید که با کاهش تأثیر نیروی گرانش از دید ناظر، زمان برای اجسام گوناگون سریع‌تر می‌گذرد. چو و همکاران‌اش جهت اثبات این گفته، یک ساعت اتمی اپتیکی را ۳۳سانتیمتر، بالاتر از ساعت مشابه دیگری جای دادند. گرانش نسبتاً کمتری که ساعت بالاتر حس می‌کرد؛ باعث شد که فرکانس ارسالی‌اش هم چهار در ده به توان منفی ۱۷بار سریع‌تر شود. این، معادل پیشی‌جستنی به‌میزان ۹۰میلیاردیم ثانیه با گذشت ۷۹سال است!


دکتر «هارولد لایونز»؛ مخترع نخستین ساعت اتمی جهان، در خصوص محک زدن نسبیت به‌وسیله‌ی دو ساعت اتمی؛ یکی مستقر بر زمین و دیگری سوار بر یک فضاپیما توضیح می‌دهد – ژوئیه‌ی 1959 / Bettmann

گروه، جهت اثبات نسبیت خاص اینشتین نیز که می‌گوید زمان برای اجسام متحرک آرام‌تر می‌گذرد؛ یک تک‌اتم را در ساعت‌ اپتیکی‌شان چنان تکان دادند که اختلاف نوسانا‌ت‌ حاصله طبق پیش‌بینی نسبیت خاص، معادل تغییر سرعتی به‌میزان ۱۰متر بر ثانیه یا ۳۶کیلومتر بر ساعت شود. آنگاه، فرکانس ارسالی این اتم هم در پاسخ به این تغییر؛ حقیقتاً به میزان 6 در ده به توان منفی ۱۶بار کاهش یافت.

چو می‌گوید بررسی‌های گروه‌اش را نبایستی‌که با آزمایشات دقیق‌تر دیگران که صرفاً بر محک زدن پیش‌بینی‌های بزرگ‌مقیاس نسبیت متمرکز بوده‌اند؛ قیاس کرد. اما به‌گفته‌ی او «[این بررسی] به مردم یادآور می‌شود که تأثیرات گرانش حقیقتاً در حیات روزمره‌شان تجربه می‌شود و چیزی فقط محدود به دانشمندان نیست».

توان تشخیص دگرگونی‌های اندک به‌وجودآمده در نیروی گرانش، استفاده‌هایی در علوم ژئوفیزیک و هیدرولوژی (آب‌شناسی) هم دارد. به‌گفته‌ی دکتر «جرالد گوینر» (Gerald Gwinner)؛ فیزیکدانی از دانشگاه «مانیتوبا»ی کانادا؛ این تغییرات، در ردگیری نحوه‌ی جابجایی جرم زمین در نتیجه‌ی بروز تغییرات اخیر اقلیمی – مثلاً در خصوص آب – کمک می‌کند. او می‌گوید: «آن‌ها (دانشمندان) قادر به ایجاد شبکه‌ای هستند که تراز گرانشی نقاط گوناگون زمین‌مان را در آنِ واحد چک کند».

منبع: nature

Share/Save/Bookmark

نظرهای خوانندگان

با این حساب در دراز مدت فلات نشینان از ساحل نشینان جلو می افتند!

-- نادر ، Sep 26, 2010 در ساعت 04:30 PM

ضمن سپاس از نظرتان ... جالب اینجاست که دقیقاً برعکس این نکته رخ می‌دهد؛ چراکه پدیده‌ی اتّساع زمان (یا همان تأخیر، یا تسریع نسبیتی زمان)، تابعی از نیروی گرانش بوده و از آنجاکه جرم واقع‌شده در زیر پای فلات‌نشینان، بالنسبه از ساحل‌نشینان زمین بیشتر است؛ زمان برایشان اندکی کندتر خواهد گذشت. آنچه در این مقاله در رابطه با تسریع زمان با افزایش ارتفاع ذکر رفته، در حقیقت جرم را نسبت به هر دو مؤلفه‌ی آزمایش یکسان تعریف کرده و از این‌روست که زمان برای جسم بالایی، نسبت به پایینی پیشی می‌جوید.

با سپاس مجدد

-- احسان ، Sep 27, 2010 در ساعت 04:30 PM

من فکر می کنم این نتیجه گیری که نسبیت موضوعی "محسوس" است کلا غلط است . حالا تکنولوژی خارق العاده را جایگزین مقیاس عظیم کرده اند . اگر یک روز من با دوستم قرار گذاشتم و لازم بود برای درک کردن تاخیر او اتساع زمان را در نظر بگیرم ، یا به شیوه ی روزمره ی دیگری مباحث نسبیت را به کار ببرم ، آن وقت نسبیت "محسوس" است .
به طور کلی فیزیک نظری ، هر چقدر هم زیبا و خارق العاده باشد ، از بی ربطی عظیمی به زندگی واقعی رنج می برد و دانشمندان دست کم برای ایجاد توهم مربوط بودن موضوع تحقیق شان ، گاهی از این شیرین کاری ها می کنند.

-- آرمین مالکی ، Sep 28, 2010 در ساعت 04:30 PM

جناب مالکی گرامی؛ با سپاس از نظرتان،
احساس کردن نسبیت، آنگونه که در این متن از آن با تعریف «استفاده در حیات روزمره» یاد کرده‌اید؛ البته به جهات غیرمستقیم، سال‌هاست که با زندگی انسان امروز عجین شده است. زیربنایی‌ترین کاربرد روزمره‌ی نسبیت، هم‌گام کردن زمانی ماهواره‌ها؛ خصوصاً ماهواره‌های سامانه‌ی GPS است که بدون در نظر گرفتن تأثیرات اتساع زمان، عملاً کاربردشان برای ما سودی نداشت؛ حال‌آنکه هم‌اکنون تقریباً کلیه‌ی سامانه‌های ناوبری از این سامانه بهره می‌برند و طبعاً این تأثیر هم رفته‌رفته‌ بر حیات‌مان احساس می‌شود؛ البته نه به‌نام نسبیت.
ضمناً نتیجه‌گیری کلی‌تان در خصوص فیزیک نظری هم خالی از اشکال نیست. اشتباه بزرگ بسیاری افراد در مواجهه‌ی با نظریات بالنسبه نوظهور حوزه‌ی فیزیک همچون نسبیت و مکانیک کوانتومی؛ تصورشان از استقلال این نظریات از قوانین فیزیکی پیش از آن‌هاست و البته گمان به همین انقلاب علمی نیز عده‌ی بسیاری را در ابتدا چنان مجذوب فیزیک قرن بیستم کرد که از آن انتظار وصف آسان‌تر هر پدیده‌ای را داشتند و چون چنین نشد؛ این نظریات همیشه مبهم و رازآلود در ذهن عامه ماندند. حال‌آنکه مثلاً نسبیت، توصیف جهان‌شمول‌تری نسبت به قوانین نیوتن؛ و مکمل آن‌ها بود. اگر در حیات روزمره‌تان مستقیماً از نسبیت بهره نمی‌برید؛ این هیچ انکارکننده‌ی تأثیر دیگر قوانین هم‌پیوند با آن، که به شما امکان مطالعه‌ی این مطلب را داده‌اند، نیست. بلکه نسبیت را فقط در چارچوب معنای تحت‌الفظی کلمه‌ی فیزیک (طبیعت) می‌توان منفک از حیات روزمره پنداشت و اثرات آشکارش را بر فراسوی مرزهای زمین که جزئی وسیع‌تر‌ از طبیعت هستند، مستقلاً دید؛ درست همان‌گونه که حیات انسان هم جزئی از طبیعت بوده و اینکه «فیزیک نظری از بی‌ربطی عظیمی به زندگی واقعی رنج می‌برد»، نه از ضعف علم فیزیک؛ که از خاص و محدود بودن جایگاه ما در طبیعت است.
جهت درک بهتر منظور من، می‌توانید به سری مقالات ده‌گانه‌ی How we avoided the void؛ که اخیراً در وب‌سایت نشریه‌ی علمی نیوساینتیست انتشار یافته‌اند مراجعه کنید و ببینید اگر امروزه جریان حیات روزمره‌مان، اول از همه منوط به «بودن» ماست؛ «دلیل»اش را بایستی‌که در ده‌ها رخداد نادیده‌‌ای دید که اساساً امکان یک حیات روزمره را پدید آورده‌اند و درک‌شان بدون توسل به فیزیک نظری ممکن نبود. پس «شیرین‌کاری» فیزیکدانان، صرفاً آن بخش ریزی از پژوهش‌های گسترده‌ و بزرگ‌مقیاس‌شان است که به مذاق عامه خوش می‌آید و از همین‌رو هم به رسانه‌ها راه پیدا می‌کنند و شوربختانه به جهان نامنتاهی ذهن فیزیکدانان، تعمیم هم داده می‌شوند.

با سپاس مجدد
احسان

-- احسان ، Sep 28, 2010 در ساعت 04:30 PM