Kas tõesti aeg võib venida? Mida õpetab meile aatomkellade täpsusrekord

 (22)

Maailma kõige täpsemad kellad sondeerivad Einsteini relatiivsusteooria alushüpoteesi — arusaama, et aeg pole absoluutne. Igasugune kõrvalekaldumine sellest põhimõttest annaks teadlaste kätte suuna, kust hakata otsima Einsteini avastusi kvantmehaanikaga lõimivat suurt ühisteooriat.

Erirelatiivsusteooria postuleerib muu hulgas, et kahe teineteisest ühtlastel kiirustel eemalduva vaatleja jaoks jäävad füüsikaseadused alati samadeks; seda printsiipi nimetatakse Lorentzi teisenduseks (ingl Lorentz invariance). Üks Lorentzi teisenduse järelmeid on, et vaatlejad aduksid teineteise kellasid käimas eri kiirustel. Kumbki vaatleja tajuks ennast paigalseisvana, teise vaatleja kell aga tunduks talle käivat aeglustatud tempos — mõju, mida nimetatakse aja venimiseks (ingl time dilation).

Einsteini üldrelatiivsusteooria võimendab seda efekti, täpsustades, et kellad käiksid eri kiirustel eri tugevusega gravitatsioonijõudude mõjul. Möödunud kahe kümnendi vältel on GPS-navigatsioonisatelliitide pardale paigaldatud aatomkellade näitude kõrvutamine Maal asuvate kellade näitudega seda mõju kontrollida võimaldanud, kusjuures kõik katsed on seni hüpoteesiga kooskõlas olnud. Kuid kuna mis tahes kõrvalekaldumine relatiivsusreeglitest peaks eelduste järgi olema eriti väike, võib selle avastamine nõuda veelgi täpsemaid mõõtmisvahendeid.

Loe veel

Seotud lood:

Suurem osa aatomkelladest rakendab etalonina tseesiumi isotoobi Cs-133 aatomite energiaolekute vaheldumisel kiirgavate mikrolainete sagedusvahemikku. Järgmise põlvkonna aatomkellad, mille juures kasutatakse strontsiumit, võimaldavad vähemalt kolm korda suuremat täpsust, mis tähendab, et 15 miljardi aasta jooksul jääks strontsiumkella näit ajast maha vaid ühe sekundi.

Nüüd on Pariisi observatooriumi uurija Pacôme Delva ja kolleegid strontsiumkellad appi võtnud aja venimise praktilisel uurimisel. Valguskaabliühendused Londoni ja Pariisi ning Pariisi ja Saksamaa linna Braunschweigi vahel võimaldasid neil vastavates punktides asuvate seadmete sooritust kõrvutada.

Nimetatud kellad peaksid käima eri kiirustel, kuna asuvad Maa pinnal eri paikades, ning relatiivsusteooria võimaldab väga täpselt prognoosida, kuidas aja venimine neid mõjutab. Näiteks peaks ekvaatorile lähemal asuv kell käima aeglasemalt kui põhjapooluse lähistele paigutatud kell. Ühe ööpäeva jooksul peaks Pariisis ja Londonis asuvate kellade näidud teineteisest lahknema viie nanosekundi võrra.

Täppis-ajanäitajate soorituse võrdlemiseks sünkroniseerisid uurijad kummagi kella strontsiumiaatomite kiirguse võnkesagedusega samale sagedusele spetsiaalsed laserid. Seejärel suunati kiired edasi kiudoptilistesse ühendustesse ja ülestati kontroll-laserkiirtele, et tabada väikseimaidki märke kellade tempode lahknemisest.

Nende mõõtmiste põhjal arvutas töörühm välja parameetri, mida nimetatakse „alfaks“. Kuni miski Lorentzi teisendust ei riku, peaks alfa väärtus võrduma nulliga. Värskeimad tulemused näitavad, et alfa on väiksem kui 10-8 (10-astmel-miinus-8). Taoline tulemus on kaks suurusjärku täpsem kui tseesiumkelladega tehtud katsete tulemused ning kaks korda täpsem eelmisest rekordtäppis-mõõtmisest, mille raames seirati kolmandikul valguse kiirusest liikuvate liitiumi-ioonide elektroonilisi ülekandeid.

Seni paistab relatiivsusteooria veel kindlatel alustel püsivat. Milliseks kujuneks aga füüsikute reaktsioon juhul, kui kunagi täheldatakse Lorentzi teisenduse rikkumist? „Esimene reaktsioon oleks, et seda ei usuks mitte keegi“, nentis Saksamaal tegutseva Frankfurti süvauuringute instituudi teoreetik Sabine Hossenfelder.

Jäta kommentaar
või kommenteeri anonüümselt
Postitades kommentaari nõustud reeglitega
Loe kommentaare Loe kommentaare

FORTE TOP

Viimased uudised