نسبيت با دستكاري آدميزاد
در پارادوكس معروف دوقلوها، همزادي كه با سرعت بسيار بالا در يك سفينه به سفر برود، در هنگام بازگشت به خانه از برادر يا خواهر خود كه در زمين مانده بود جوانتر خواهد بود. با وجود اينكه انبساط زمان براي هر جسم در حال حركتي اتفاق مي افتد، اما آنقدر ناچيز است كه در مقياس هاي زندگي انسان ها قابل اندازه گيري نيست.
اما هم اكنون فيزيكدانان آمريكايي با استفاده از دو تا از دقيق ترين ساعتهاي نوري دنيا توانسته اند انبساط زمان و ديگر تاثيرات نسبيتي در سرعت بالا را كه در مقياس بشري است مشاهده كنند.اين تيم مشاهده كرده است كه ساعتي كه با سرعتي كمتر از km/h35 حركت ميكند نسبت به دوقلوي خود كندتر كار ميكند. اين آزمايش همچنين نشان داده است كه زمان در ساعتي كه تنها 33 cm بالاتر از ديگري قرار دارد تند تر كار ميكند.
جيمز چين و ديگر همكاران در موسسه ي بين المللي استاندارد و تكنولو‍ژي(NIST) در بولدر، كولورادو با استفاده از دو ساعت –كه هر كدام فقط بر روي يك يون آلومينيوم قرار دارند- آزمايش خود را در مورد اتساع زماني انجام دادند. اولين ساعت كه اوايل امسال رونمايي شده بود دقتي برابر 3.7 ثانيه در بيليون سال دارد و ساعت دوم نيز داراي همين ويژگي است.
اندازه گيري منطقي كوانتومي
در هر دو ساعت يون سرد و محبوس شده است و از ميدان الكتريكي و نور ليزر استفاده ميكند. فركانس ساعت توسط يك تغيير نوري در يون توليد ميشود، كه به وسليه ي يك ليزر كه به طرف يون شليك ميشود و ليزر را در همان فركانسي كه نور را جذب كرده قفل مي كند اندازه گيري مي شود. اين عمل با كمك يك تك يون منيزيم (اين يون در ساعت دوم بريليم است) كه با آلومينيوم در يك واكنش تركيب شده است انجام ميشود، كه ( QLS -quantom logic spectroscopy) نام دارد.
اين تيم براي مشاهده ي پديده ي اتساع زمان در قلب پارادوكس دوقلوها، يكي از يون هاي آلومينيوم را با تنظيم يك ميدان الكتريكي كه آن را وادار به حركت ميكرد به حالت نوسان آرام درآوردند. يوني كه در ساعت دوقلو وجود داشت كمابيش ثابت مانده بود و وقتي كه تيم فركانس اين دو ساعت را باهم مقايسه كرد متوجه اين موضوع شدند كه زمان در ساعت در حال حركت وقتي كه سرعت ميانگين آن km/h ۳۵ بود به اندازه ي ۱۰به توان ۱۶- بار كندتر كار ميكرد. آنها اندازه گيري هاي خود را با سرعت هاي متفاوت بين 0 تا 40 km/h تكرار كردند، و به اين نتيجه رسيدند كه اتساع زمان دقيقا با توجه به پيش بيني هاي نسبيت خاص اتفاق مي افتد.
بالا بردن يك ساعت
براي اندازه گيري اين اثر ابتدا بايد دو ساعت را با فاصله ي عمودي 17cm به حركت درآورد سپس يكي از ساعت ها را 33cm بالا برده و دوباره به حركت درآورد. اين عمل باعث تغييري در حدود (16- ^10×4) ثانيه در فركانس ساعت شد _كه در تطابق با نسبيت عام است. اين تغيير زماني در مقياس انساني به اندازه ي 90 بيليونيوم ثانيه در طول 80 سال عمر است. طبق گفته ي چو (chou) به physicsworld اين تيم سعي دارد اين زمان را كاهش دهد. در صورت موفقيت ميتوان از اين ساعت ها براي نمايان ساختن تغييرات كوچك در پتانسيل گرانشي زمين سود برد. يك شبكه از اين ساعت ها كه در سراسر زمين قرار گرفته اند ميتوانند اطلاعات گرانبهايي را در اختيار ژئوفيزيكدانان قرار دهند.
جرالد جويينر(Gerald Gwinner) از دانشگاه مانيتوبا معتقد است چنين شبكه هايي بسيار مفيد خواهند بود، "توانايي ارتباط دادن اين چنين ساعت هايي با استفاده از فيبرهاي ارتباطي بلند به طور حتم اين اجازه را به ما خواهد داد تا يك شبكه زماني واقعي از مانيتورهاي گرانشي توليد كنيم."او توضيح ميدهد كه "ژئوفزيكدانان و دانشمندان علوم طبيعي از اين وسيله ها استفاده هاي فراواني خواهند برد."
جويينر افزود: اثباتNIST به فيزيكدانان كمك ميكند تا پديد ي اتساع زمان را براي عموم مردم توضيح دهند. "من قادر خواهم بود تا به حضار بگويم ميتوان پديده ي اتساع زمان را حتي در سرعت تكان دادن يك دست مشاهده كرد." همانطور كه من دستم را تكان دادم، آنها نيز يون هاي خود را به عقب و جلو حركت دادند.