Bilim İnsanları İlk Kez 1 Milimetre Ölçekte Zaman Genişlemesi Ölçtü

Zaman hepimizin düşündüğü gibi stabil değildir, aslen yerçekimiyle zaman yavaşlar. İşte bu nedenle zaman, Dünya’nın yüzeyinde, uzaydakinden daha yavaştır. JILA’dan bilim insanları, zaman genişlemesini milimetre boyutunda ölçerek bir rekora imza attı.

Zamanın kütleçekimden etkilendiği fikri, ilk kez 1915’de Einstein’ın ortaya attığı genel rölativite kuramının bir parçasıydı. Uzay ve zaman birbiriyle ayrılmaz bir şekilde bağlantılıdır ve büyük kütlelerin ürettiği yoğun kütle çekim etkisi uzay-zaman dokusunu büker. Bundan dolayı, büyük gezegenler, yıldızlar ya da kara delikler uzay zamanı bükerek zamanın yavaş akmasına neden olur. Bu fenomene zaman genişlemesi(time dilation)denir.

Dünyada daha yükseklere çıkıldığında, yerçekimi azaldığında, zaman daha hızlı akmaya başlıyor. Örneğin, Everest’in zirvesinde zaman, deniz seviyesinden daha hızlı akıyor, ya da 10 katlı bir apartmanın en üst katında daha hızlı veyahut kafamız ayaklarımızdan daha hızlı yaşlanır. Fakat bu yavaşlama zamanın çok küçük bir kesrinde gerçekleştiğinden farkına varamayız. Bunu ancak atom saatiyle gözlemleyebiliriz.

Uydulardaki atom saatleriyle, dünyadaki atom saatleri arasında binlerce km olduğundan bu sapma kolayca gözlemlenebilir. Colorado Boulder Üniversitesi, NIST ve JILA işbirliğiyle yapılan yeni deneyde ilk kez 1 mm uzaklıktaki zaman genişlemesi ölçüldü.

Bu ölçüm değerlerine ulaşmak için 100,000 stronsiyum atomu sonuna kadar soğutuldu. Saatin her bir tıklaması atomların iki enerji seviyesi arasındaki hareketinden ölçüldüğünden, çok güvenilir bir frekans aralığı yakalanıyor. Bu enerji seviyelerinin hassas kontrolüyle 37 saniyelik bir tıklama mükemmelliğine ulaşıldı ki bu süre gerçekten rekor.

Özellikle atom saatlerinde, atomlar optik bir kafese yüklenerek, aynı bir su böreğinin ince katmanları gibi hizalanır. Atomlar bir kez ahenkle hizalandığında, bilim insanları görüntüleme tekniklerini kullanarak en üstteki katmanla ve en alttaki katman arasındaki tıklamayı ölçtü.

İşte yapılan ölçümle iki bölge arasındaki zaman genişlemesinden doğan fark ölçüldü. Aslen frekanslar arasındaki kayma çok küçüktü, yine de ölçülebildi; sadece 0.0000000000000000001.

Araştırma ekibi bu çalışmanın sadece 50 kat daha hassas atom saatleri üretmekle kalmayıp, fiziğin gizemlerine ışık tutan yeni araçlar yapmaya da yardımcı olacağını belirtiyor. Günümüzde kütleçekim kuvveti kuantum fizik yasalarıyla açıklanama da, çok küçük ölçekteki etkiler ölçülürse, gizemleri aydınlatılabilir ve kuantum fiziğiyle, klasik fizik arasındaki kayıp halka tamamlanabilir.

“Elde ettiğimiz en önemli ve heyecan verici sonuç, kuantum fiziği ve kütleçekimini bağlayabilme potansiyelidir. Örneğin; bu sayede bükülen uzay farklı konumlarda yer alan parçacıkların kompleks fiziği incelenebilir,” diyor araştırmanın başyazarı Jun Ye.

Araştırma Nature dergisinde yayınlandı. Videoda araştırmaya dair açıklamaları görebilirsiniz.