در سال 1797، دانشمند انگلیسی هنری کاوندیش قدرت آن را اندازه گیری کرد جاذبه زمین با اختراع کره های سربی، میله های چوبی و سیم در قرن بیست و یکم، دانشمندان در حال انجام کاری بسیار مشابه با ابزارهای بسیار پیچیده تر هستند: اتم ها.
گرانش ممکن است یک موضوع اولیه در کلاس های مقدماتی فیزیک باشد، اما این بدان معنا نیست که دانشمندان سعی نمی کنند آن را با دقت فزاینده ای اندازه گیری کنند. اکنون گروهی از فیزیکدانان این کار را با استفاده از اثرات تاخیر زمانی - تاخیر زمانی ناشی از افزایش سرعت یا نیروی گرانشی - روی اتم ها. در مقاله‌ای که امروز (۱۳ ژانویه) به صورت آنلاین در مجله Science منتشر شد، محققان می‌گویند که توانسته‌اند انحنای فضا-زمان را اندازه‌گیری کنند.
این آزمایش بخشی از یک رشته علمی به نام تداخل سنجی اتمی است. او از اصل استفاده می کند مکانیک کوانتومی: همانطور که یک موج نور را می توان به عنوان یک ذره نشان داد، یک ذره (به عنوان یک اتم) را می توان به عنوان یک "بسته موج" نشان داد. و همانطور که امواج نور می توانند همپوشانی داشته باشند و تداخل ایجاد کنند، بسته های ماده نیز می توانند موج بزنند.
متصل: 10 چیز شگفت انگیزی که باید در مورد فیزیک کوانتومی بدانید
به ویژه، اگر بسته موج یک اتم به دو قسمت تقسیم شود، اجازه انجام کاری را داده شود، و سپس دوباره ترکیب شود، ممکن است امواج دیگر در یک راستا قرار نگیرند - به عبارت دیگر، فازهای آنها تغییر کرده است.
آلبرت روهر، فیزیکدان مؤسسه فناوری کوانتومی در اولم آلمان که در مطالعه جدید شرکت نداشت، به Space.com گفت: «یکی در تلاش است اطلاعات مفیدی را از این تغییر فاز استخراج کند. رورا مقاله ای با عنوان "چشم انداز" نوشت. برای مطالعه جدید، که امروز در همان شماره مجله Science به صورت آنلاین منتشر شد.
موج گرانشی آشکارسازها بر اساس یک اصل مشابه کار می کنند. با مطالعه ذرات به این روش، دانشمندان می‌توانند اعداد پشت برخی از عملکردهای کلیدی جهان را تنظیم کنند، مانند اینکه الکترون‌ها چگونه رفتار می‌کنند و گرانش واقعاً چقدر قوی است - و اینکه چگونه حتی در فواصل نسبتاً کوتاه به خوبی تغییر می‌کند.
این آخرین اثری است که کریس اورستریت از دانشگاه استنفورد و همکارانش اندازه‌گیری کرده‌اند مطالعه جدید. برای انجام این کار، آنها یک "چشمه اتمی" متشکل از یک لوله خلاء 33 فوتی (10 متری) ایجاد کردند که با حلقه ای در اطراف آن تزئین شده بود.
محققان فواره اتمی را با شلیک پالس های لیزری از طریق آن کنترل کردند. آنها با یک ضربه دو اتم را از پایین به بالا پرتاب کردند. دو اتم قبل از اینکه ضربه دوم آنها را به عقب پرتاب کند به ارتفاعات متفاوتی رسیدند. پالس سوم اتم ها را در پایین گرفت و بسته های موجی اتم ها را دوباره ترکیب کرد.
محققان دریافتند که دو بسته موج در فاز نیستند - نشانه‌ای از اینکه میدان گرانشی در فواره اتمی کاملاً یکنواخت نیست.
"این داخل است." نظریه نسبیت عامروهر با استناد به یکی از مشهورترین نظریه های آلبرت انیشتین به Space.com گفت: «در واقع می توان آن را به عنوان اثر تحریف فضا-زمان درک کرد.
همانطور که اتمی که بالاتر رفت به حلقه نزدیکتر بود، به دلیل گرانش حلقه شتاب بیشتری را تجربه کرد. در یک میدان گرانشی کاملاً یکنواخت، چنین اثراتی از بین خواهند رفت. در اینجا این اتفاق نیفتاد. در عوض، بسته‌های موجی اتم‌ها خارج از فاز بودند و به دلیل اثر تأخیر زمانی، اتمی که شتاب بیشتری دریافت می‌کرد کمی از زمان مشابه خود خارج شد.
نتیجه یک تغییر جزئی است، اما تداخل سنجی اتمی به اندازه کافی حساس است تا آن را بگیرد. روهر به Space.com گفت و از آنجایی که دانشمندان می توانند مکان و جرم حلقه را کنترل کنند، "آنها قادر به اندازه گیری و مطالعه این اثرات هستند."
اگرچه فناوری پشت این کشف - تداخل سنجی اتمی - ممکن است مرموز به نظر برسد، ممکن است روزی از تداخل سنجی اتمی برای تشخیص امواج گرانشی و به ما کمک کنید بهتر از GPS پیمایش کنید، محققان گفتند.
ما را در توییتر دنبال کنید @Spacedotcom یا در فیس بوک.