Tarkkaa puuhaa

On se Albert ollut vaan viisas mies. Alla täältä napattu artikkeli.

Einsteinin suhteellisuusteorian ennustamia eksoottisia ilmiöitä pystytään mittaamaan maan pinnalla, kun käytettävissä oli riittävän tarkat laitteet. Yhdysvaltalaisen NIST-tutkimuslaitoksen supertarkoilla atomikelloilla osoitettiin sekä painovoiman että liikkeen vaikutus ajan kulkuun.
 Painovoiman vaikutus pystyttiin osoittamaan kun kellojen korkeusero oli 33 senttiä. Liikkeen vaikutusta mitattiin kun toinen kello liikkui noin 35 kilometriä tunnissa. Jos tarkkuutta pystytään vielä parantamaan, ilmiötä voitaisiin ehkä käyttää esimerkiksi maapallon muodon mittaamiseen eli geodesiaan.

Albert Einsteinin lähes sata vuotta sitten kehittämä suhteellisuusteoria on osoittautunut paikkansapitäväksi lähes kiusallisella tarkkuudella. Fyysikoiden kannalta se on kiusallista koska uusia teorioita ei tarvita niin kauan kuin vanhat riittävät selittämään havaitut ilmiöt.

Suhteellisuusteorian mukaan painovoima ja kappaleen liike vaikuttavat ajan kulumiseen. Suhteellisuusteoreettisia ilmiöitä todennetaan yleensä galaktisissa mittakaavoissa. Jos painovoima heikkenee, ajankulku nopeutuu. Kappaleen liikkuessa aika puolestaan venyy eli kuluu hitaammin paikallaan olevaan kappaleeseen verrattuna.

Klassinen ajatusleikki nopeudesta on ns. kaksosparadoksi, jonka mukaan nopeasti liikkuvalla avaruusraketilla maapallolta ja sinne lopulta palaava poistuva kaksonen huomaa vanhentuneensa hitaammin kuin maapallolle jäänyt kaksossisaruksensa. Maapallolla suhteellisuusteorian vaikutusta on tutkittu tarkoilla kellopareilla, joista toista on lennätetty suihkukoneella. Kun lennon jälkeen on verrattu kelloja, maassa pysynyt kello on kulkenut nopeammin.

Uudessa amerikkalaiskokeessa kelloina olivat tarkimmat tähän mennessä rakennetut atomikellot, joiden virhe on yhden sekunnin luokkaa 3,7 miljardin vuoden aikana. Ne perustuvat alumiini-ioneihin jotka värähtelevät tietyllä luonteenomaisella taajuudella kahden energiatason välillä. Taajuus on yli miljoona miljardia värähdystä sekunnissa. Kelloja on Coloradossa NISTin laboratoriossa kaksi ja ne sijaitsevat eri huoneissa, 75 metrin lasikuitukaapelin yhdistämänä.

Ensimmäisessä kokeessa toinen kelloista pantiin 33 senttiä toista korkeammalle, jolloin siihen kohdistuva maan vetovoima oli hieman heikompi. Korkeammalla oleva kello kulki nopeammin kuten teoria ennustaa. Toisessa kokeessa toisen kellon alumiiniatomit pantiin liikkumaan edestakaisin nopeudella joka vastasi noin 35 kilometrin tuntinopeutta. Paikallaan oleva kello eteni nopeammin kuten pitikin. Ilmiöiden havaitseminen edellyttää taajuuden muutoksen erotuskykyä, joka on luokka 10exp(-17) hertziä.

Seuraavaksi NISTin tutkijat yrittävät kehittää kymmenen kertaa tarkemman alumiini-ionikellon. Sellaisella pystyttäisiin erottamaan sentin korkeusero maan vetovoimakentässä mikä riittäisi geodeettisten mittausten tekemiseen.