Chiếc đồng hồ chính xác nhất thế giới thay đổi thuyết vật lý cơ bản

Vào năm 1915, thuyết tương đối của nhà khoa học Albert Einstein chỉ ra rằng một vật thể khổng lồ giống như Trái đất có thể uốn cong không gian - thời gian, gây ra lực hấp dẫn và khiến thời gian giãn nở. Một người sống trên đỉnh núi có tốc độ già đi nhanh hơn một chút so với người ở ngang với mực nước biển.

Theo hãng tin AFP, các nhà khoa học Mỹ đã chứng minh được lý thuyết này ở cấp độ nhỏ nhất từ trước đến nay, cho thấy các đồng hồ có thể hoạt động ở nhiều tốc độ khác nhau khi bị dịch chuyển, cho dù đó chỉ là một phần trăm của milimet.

Nhà khoa học Jun Ye làm việc tại Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ quốc gia (NIST) và Đại học Colorado Boulder, khẳng định chiếc đồng hồ mới của họ là chiếc đồng hồ chính xác nhất từng được chế tạo tính đến thời điểm này. Phát minh có thể mở đường cho những khám phá mới về cơ học lượng tử.

Những kết quả mà nhà khoa học Ye và các cộng sự tìm ra đã được giới thiệu trên tạp chí khoa học Nature xuất bản ngày 16-2. 

Mãi cho đến khi đồng hồ nguyên tử được phát minh, các nhà khoa học mới có thể chứng minh thuyết tương đối năm 1915 của Albert Einstein.

Các thí nghiệm ban đầu bao gồm Tàu thăm dò Trọng lực A năm 1976, một tàu vũ trụ cách bề mặt Trái đất 10.000 km. Các nhà nghiên cứu nhận ra đồng hồ trên tàu chạy nhanh hơn đồng hồ tương đương trên Trái đất một giây sau 73 năm. Năm 2010, các nhà khoa học NIST theo dõi sự chuyển động của thời gian khi dịch chuyển đồng hồ của họ lên cao hơn 33 cm.

Bước đột phá quan trọng trong phát minh của các nhà khoa học NIST là kết hợp mạng lưới ánh sáng, được gọi là mạng tinh thể quang học, nhằm cố định các nguyên tử sắp xếp có trật tự. Điều này ngăn tình trạng nguyên tử rơi xuống do lực hấp dẫn hoặc chuyển động khác, dẫn đến mất đi độ chính xác.

Bên trong chiếc đồng hồ mới của nhóm khoa học NIST là 100.000 nguyên tử stronti, xếp chồng lên nhau với độ cao tổng cộng khoảng một milimet. Đồng hồ chính xác đến mức khi các nhà khoa học chia chồng nguyên tử stronti thành hai nửa, họ có thể phát hiện ra sự khác biệt về thời gian ở nửa trên và nửa dưới. Ở mức độ chính xác này, đồng hồ về cơ bản hoạt động như một máy cảm biến.

“Không gian và thời gian có mối quan hệ với nhau. Và với mức độ đo chính xác, bạn có thể thực sự nhận ra cách mà không gian biến đổi trong thời gian thực. Trái đất là một cơ thể sống, sinh động”, nhà khoa học Ye bày tỏ.

Những chiếc đồng hồ chính xác như trên có thể được sử dụng tại các vùng núi lửa hoạt động mạnh để giúp các nhà địa chất dự đoán chính xác các vụ phun trào hay nghiên cứu xem hiện tượng ấm lên toàn cầu khiến các sông băng tan chảy và mực nước biển dâng cao như thế nào.

Tuy nhiên, điều khiến nhóm khoa học của ông Ye quan tâm nhất là cách mà đồng hồ tương lai có thể mở ra một lĩnh vực vật lý hoàn toàn mới.

Đồng hồ nguyên tử hiện tại có thể phát hiện sự khác biệt về thời gian trên 200 micrômet. Tuy nhiên, nếu tỷ lệ đó được đưa xuống 20 micrômet, phát minh này có thể bắt đầu thăm dò thế giới lượng tử, một kiến thức mà thuyết tương đối không thể giải thích được.