استعطاع العلماء قياس تشوه الزمن وملاحظته بنسبة كبيرة على مقياس مليمتر واحد فقط، في إنجاز جديد لم يسجل سابقا على الأرض.
ويحدث تشوه الزمن بسبب تشوه نسيج الزمكان أو نسيج الواقع، الذي تحدث عنه أنشتاين قبل عقود، وهي حالة مشابهة لتشوه الزمن الذي يحدث في المناطق المجاورة للثقوب السوداء نتيجة قوة الجاذبية الهائلة.
وسجل الفيزيائيون رقما قياسيا جديدا في وصف تأثير كوكبنا على "نسيج" الكون، حيث استطاعوا قياس تشوه الزمان على مقياس مليمتر.
استخدم الباحثون في مشروع (JILA)، وهو مشروع مشترك ينفذه علماء من المعهد الوطني الأمريكي للمعايير والتكنولوجيا وجامعة كولورادو، حيث تم تصميم ساعة ذرية خاصة لقياس توقيت موجات الضوء مفصولة بمقدار 1 ملليمتر (حوالي 0.04 بوصة)، مما أدى إلى ملاحظة فروقات متساوية بدرجة 0.76 من المليون من تريليون من المائة.
"الانزياح الأحمر الثقالي" ظاهرة تؤثر على الزمن
وبحسب المقال المنشور في مجلة "sciencealert" العلمية، يحدث هذا الاختلاف نتيجة لظاهرة يطلق عليها "الانزياح الأحمر الثقالي"، وهي ظاهرة ناتجة عن تأثير الجاذبية على تردد موجتين متطابقتين، ومقارنة التأثيرات الملحوظة على الموجتين.
وعلى الرغم من صغر حجم هذه التأثيرات، إلا أنها لم تكن مفاجئة بالنسبة للباحثين، خصوصا أن النظرية النسبية العامة لأينشتاين تنبأت بهذه النتيجة بالذات.
ويتشكل الكون، بحسب العلماء من النسيج الكوني والزمن، اللذان اعتبرا ثابتين متمايزين، ويظهران في الواقع كورقة واحدة رباعية الأبعاد تشكل الكون، وفي أي وقت يغرق فيه شيء ذو كتلة في هذا الكون، يتغير شكل الزمكان المحيط.
النتيجة تعني أن طول ثانية قريبة من جسم ما، سواء كانت الأرض أو ثقبا أسود أو حتى قطعة صغيرة، لن تكون (طول موجة الثانية) بنفس طول ثانية أخرى.
واليوم أصبحت علوم الرياضيات دقيقة للغاية، ويمتلك العلماء أجهزة فائقة الدقة، تمكنهم من التنبؤ بهذه الاختلاف لمسافات صغيرة بشكل لا يصدق حتى عندما يكون التواء الجاذبية خفيفا مثل الالتواء الموجود حول الأرض.
كابوس الدقة يواجه العلماء
ميكانيكا الكم هي مجال آخر في الفيزياء ويعمل العلماء على تطوير أدوات قياس جديدة في هذا المجال، لكن عملية فصل وقياس عنصر من فئة واحدة تعتبر عملية صعبة جدا تقلل من دقة القياس، خصوصا أن عملية قياس انحناءات الزمن في ظروف الزمكان تختلف عنها تحت المجهر الكومي.
An atomic clock measured how general relativity warps time across a millimeter. ⏱????#AtomicClock #Millimeter #GeneralRelativity #Time #Physics https://t.co/MTWQThoC9z @ScienceNews pic.twitter.com/G6cqsY4k0I
— Cara SM, Vaccinated (@CaraSantaMaria) October 25, 2021
ويظهر انحناء الزمكان بشكل رشيق في النسبية العامة أي في مجال الزمكان أما الانحناء أو تشوه الزمن يكون عبارة عن فوضى ضبابية تحت المجهر الكمومي بسبب مشكلة الخصائص الأقل دقة المذكورة سابقا، الأمر الذي يعتبره العلماء بمثابة كابوس.
لكن منذ أكثر من عقد بقليل، تمكن الباحثون من قياس الاختلاف في التردد النسبي للضوء المنبعث من الذرات المفصولة بمسافة عمودية تزيد قليلاً عن 30 سم (حوالي قدم).
لكن في هذه الدراسة الجديدة، وباستخدام نوع جديد من التجويف لتعزيز قوة التجربة، تمكن الباحثون من خفض الكثافة الذرية وتقليل الارتفاع من سنتيمترات إلى حفنة من المليمترات.
تشوه الزمة في مساحة ضيقة أكثر بـ100 مرة
وقام العلماء في هذه المساحة الصغيرة جدا بدفع 100000 ذرة من السترونشيوم (السترونشيوم عنصر كيميائي من عناصر الجدول الدوري، يرمز له بالرمز Sr)، مع إزالة أكبر قدر ممكن من الحرارة.
ثم قاموا بقياس الضوء المنبعث من أعلى وأسفل كومة الذرات وصححوا أي تأثيرات لم تكن ذات طبيعة ثقالية.
بعد 92 ساعة من مشاهدة سجلتها الساعات الذرية الصغيرة، كان لديهم متوسط يشبه إلى حد ما النتيجة المتوقعة في حال تطبيق نظرية النسبية العامة.
An observable effect of the space/time curvature is gravitational lensing aka the distortion & bending of light on its path, the result isn’t only the redshift phenomenon but also a time delay. Astronomers detected the same supernovae explosion twice, & predicted a third one. pic.twitter.com/Z8Vort3hP1
— Maurizio Iβλἄ (@Dragonmaurizio) October 23, 2021
وعلى الرغم من أن الفريق لم ينشر العمل إلى هذه اللحظة، لكن النتائج متاحة على أرشيف "arXiv" العلمي قبل الطباعة ليتمكن أي شخص من الاطلاع عليه.
كانت درجة الاختلاف بين انبعاثات انزياح الجاذبية والتي تسجل تشوه الزمان صغيرة جدًا، لكنها سجلت رقما قياسيا لمدى دقة الاختلاف الذي يمكننا اكتشافها، أي أن العلماء وثقوا ظاهرة تشوه الزمن أكثر دقة بما يقرب من 100 مرة من أي شيء تم تحقيقه في الماضي.
