27. októbra 2020
Atomove hodziny

Zvláštne časy

Písal sa rok 1971, Joseph Hafele práve pripravoval svoju prednášku, keď dostal kuriózny nápad. Chytil neďalekú obálku a na opačnú stranu naškriabal rýchly výpočet. „Hmmm,“ pomyslel si, „to by mohlo fungovať.” Vymyslel zaujímavý experiment, ktorý sa pokúsil nasledujúci rok zrealizovať. Mal však problém, nedokázal získať výskumný grant. Nečudo, chcel z neho zaplatiť letenky pre atómové hodiny.

Fyzika je niekedy zložitá a vzdialená ľudskej predstavivosti. Je ťažké vžiť sa do elektrónov či svetla letiaceho priestorom. Nehmotné častice a jadrové premeny unikajú našim intiutívnym predstavám, experimenty bežne prebiehajú pomocou zložitých zariadení, my sa dozvieme len výsledok, ktorý sa zobrazí na displeji. Ruku na srdce, stráca sa tým trochu čara.

Einsteinova teória má mnohé šokojúce dôsledky, medzi najznámejšie patrí rôzne plynutie času. Príčiny sú rôzne, napríklad vysoká rýchlosť či silné gravitačné pole. Ak by som vás obletel takmer rýchlosťou svetla, tak by ste videli hodinky na mojich rukách takmer zamrznuté v čase. Takéto niečo sa však ťažko predvádza, rýchlosti, aké vieme dosiahnuť, sú oveľa menšie.

Efekty teórie relativity sú tak pri bežných podmienkach takmer zanedbateľné. Takmer, ale nie úplne. Joseph Hafele si uvedomil, že pri normálnych komerčných lietadlách je relativistický efekt dosť veľký na to, aby ho dokázali zachytiť presné atómové hodiny. Jednoducho povedané – už pri bežných lietadlách sa mierne prejaví spomaľovanie času, ktoré opisuje Einsteinova teória relativity. Hafele sa spojil s Richardom Keatingom, odborníkom na atómové hodiny a vďaka teraz už úspešnej žiadosti o grant spravili asi najlacnejší test Einsteinovej teórie gravitácie. Z celkovej sumy 8000$ minuli väčšinu na nákup leteniek okolo sveta pre seba a pre svoje atómové hodiny.

Najprv s nimi obleteli v smere na východ, potom v smere na západ. K slovu sa tak dostali dva rôzne efekty. Po prvé, vo výške, v akej lietajú lietadlá, je slabšia gravitácia a hodiny tam tikajú rýchlejšie v porovnaní s povrchom. Počas jedného obletu naberú podľa teórie asi 150 nanosekúnd.

Výsledky pokusu publikované v Science.
Výsledky pokusu publikované v Science presne odpovedali teoretickej predpovedi (v rámci chýb).

Druhý efekt súvisí s rozdielnou rýchlosťou a závisí od toho, či lietadlo letí v smere alebo protismere rotácie Zeme. Pri lete na východ by hodinky mali stratiť asi 180 nanosekúnd, pri lete na západ zas 100 nanosekúnd získať. Netreba zabúdať na to, že Zem sa otáča a tak na nej nikto nestojí, všetci sa pohybujú.

Presnejšie, teória hovorí, že hodinky letiace na západ naberú 275 nanosekúnd a hodinky letiace na východ 40 nanosekúnd stratia. Aký bol výsledok experimentu? V prvom prípade zisk 273 nanosekúnd, v druhom prípade 59 nanosekundová strata. Obdivuhodne presný výsledok na to, že experiment prebiehal pomocou atómových hodín na palube bežných komerčných letov. Ako sa asi tváril palubný personál?

[Samuel]

Pridaj komentár