Totul este într-adevăr relativ

Explorarea efectelor deosebite ale relativității lui Einstein nu mai este știință rachetă. Experimentele de pe masă la un laborator din Colorado au ilustrat comportamentul ciudat al timpului, o ciudățenie testată de obicei cu călătoriile în spațiu și cu avioanele cu reacție.

Folosind ceasuri atomice superprecise, oamenii de știință au fost martori la dilatarea timpului – accelerarea sau încetinirea bizară a timpului descrisă de teoriile relativității lui Einstein. Experimentele sunt prezentate în 24 septembrie Ştiinţă.

„Tehnologia modernă a devenit atât de precisă încât puteți vedea aceste efecte exotice în zona de sufragerie”, spune fizicianul Clifford Will de la Universitatea Washington din St. Louis. Experimentele nu dezvăluie nicio fizică nouă, spune Will, dar „ceea ce îl face drăguț și destul de mișto este că au făcut-o pe o masă”.

Dilatarea timpului apare în două situații. Într-un caz, timpul pare să se miște mai lent cu cât te apropii de un obiect masiv, cum ar fi Pământul. Deci, o persoană care plutește într-un balon cu aer cald, de exemplu, îmbătrânește de fapt mai repede decât cineva care stă dedesubt.

De asemenea, timpul trece mai repede pentru cineva care se odihnește în comparație cu cineva care se mișcă. Einstein a dramatizat această a doua ciudățenie cu paradoxul geamănului – un geamăn de 25 de ani care călătorește într-o navă-rachetă aproape de viteza luminii pentru ceea ce el percepe că în câteva luni se va întoarce pe Pământ pentru a descoperi că celălalt a atins vârsta mijlocie.

Experimentele anterioare cu rachete și avioane au demonstrat aceste aspecte ciudate ale relativității generale și speciale. Noțiunea timpului care curge mai încet mai aproape de Pământ a fost testată chiar la scara unei clădiri de fizică cu mai multe etaje la Harvard.

Acum, progresele în tehnologia laserului și domeniul științei informației cuantice au permis cercetătorilor să demonstreze teoriile lui Einstein la scari mult mai obișnuite.

Cercetătorii au folosit două ceasuri atomice optice așezate deasupra meselor de oțel din laboratoarele vecine de la Institutul Național de Standarde și Tehnologie din Boulder, Colorado. Fiecare ceas are un atom de aluminiu încărcat electric, sau ion, care vibrează între două niveluri de energie mai mult de un milion de miliarde. ori pe secundă. Un cablu optic lung de 75 de metri conectează ceasurile, ceea ce permite echipei să compare cronometrul instrumentelor.

În primul experiment, fizicianul James Chin-wen Chou și colegii săi de la NIST au folosit un cric hidraulic pentru a ridica una dintre mese cu 33 de centimetri, sau aproximativ un picior. Destul de sigur, ceasul de jos a mers mai lent decât cel ridicat – cu o rată de 90 de miliarde de secundă în 79 de ani. Într-un al doilea experiment, echipa a aplicat un câmp electric unui ceas, trimițând ionul de aluminiu în mișcare înainte și înapoi. După cum era prezis, ceasul în mișcare a mers mai încet decât ceasul care era în repaus.

„Este o precizie destul de uluitoare”, spune fizicianul Daniel Kleppner de la MIT. Desigur, oamenii de știință sunt bine conștienți de aceste efecte relativiste, notează el. Ceasurile de pe dispozitivele GPS sunt, de asemenea, afectate de relativitate și se fac ajustări adecvate pentru a le menține să funcționeze corect.

Experimentele au mai multe implicații pentru instrumentarea de precizie decât pentru relativitate, notează Chou. Dar ele sunt un memento frumos că relativitatea este întotdeauna la îndemână. „Oamenii tind să ignore doar efectele relativiste, dar efectele relativiste sunt peste tot”, spune el. „În fiecare zi, oamenii se mișcă; fac lucruri precum urcarea scărilor. Este interesant să ne gândim – sunt cei care călătoresc frecvent devin mai tineri [because they move so much] sau îmbătrânirea mai rapidă [because they spend so much time in the air]?”