Παράξενα του χρόνου: Στο κέντρο της Γης, το ρολόι πάει 2,5 χρόνια πίσω

To πρόσωπο της Γης είναι πιο γερασμένο από τον εσωτερικό της κόσμο 

 

 

Ώρχους, Δανία

Τι ώρα είναι; Η απάντηση ποικίλλει ανάλογα με το βάθος: λόγω της Γενικής Σχετικότητας του Αϊνστάιν, το κέντρο της Γης είναι 2,5 χρόνια νεότερο από το έδαφος που πατάμε, δείχνουν οι τελευταίοι υπολογισμοί.

Όπως προέβλεψε πριν από έναν αιώνα ο Άλμπερτ Αϊνστάιν, ο χρόνος τρέχει πιο αργά όταν η δύναμη της βαρύτητας μεγαλώνει. Και αυτό σημαίνει ότι στην κορυφή ενός βουνού ο χρόνος κυλά πιο γρήγορα από ό,τι στη βάση του, αφού η απόσταση της κορυφής από το κέντρο του πλανήτη είναι μεγαλύτερη και η βαρύτητα μικρότερη.

Το φαινόμενο έχει επιβεβαιωθεί πειραματικά και πρέπει μάλιστα να λαμβάνεται υπόψη στο σύστημα GPS -ο χρόνος κυλά πιο γρήγορα για τους δορυφόρους του συστήματος, και αν αυτή η διαφορά δεν λαμβανόταν υπόψη η απόκλιση στο γεωγραφικό στίγμα θα έφτανε τα πολλά χιλιόμετρα ανά ημέρα.

Όπως επισημαίνουν οι ερευνητές της τελευταίας μελέτης, τη δεκαετία του 1960 ο αμερικανός κβαντικός φυσικός Ρίτσαρντ Φέινμαν είχε υπολογίσει ότι η χρονική απόκλιση ανάμεσα στην επιφάνεια και τον πυρήνα της Γης ήταν μία με δύο ημέρες.

Ο Δρ Ούλριχ Ούγκερχοφ του Πανεπιστημίου του Ώρχους στη Δανία είχε τη σωφροσύνη να διασταυρώσει την εκτίμηση του Φέινμαν πριν την συμπεριλάβει σε ένα σύγγραμμα που συνέτασσε για τους προπτυχιακούς φοιτητές του.

Υπολόγισε έτσι τη διαφορά στο βαρυτικό δυναμικό -ένα μέτρο του έργου που παράγει η βαρύτητα μετακινώντας ένα σώμα προς τα κάτω- ανάμεσα στο κέντρο και την επιφάνεια του πλανήτη. Οι υπολογισμοί έδειξαν ότι, για κάθε δευτερόλεπτο που περνάει στην επιφάνεια, ο χρόνος στο κέντρο της Γης υπολείπεται κατά 3 x 10^-10 δευτερόλεπτα.

Στα τέσσερα δισεκατομμύρια χρόνια που έχουν περάσει από τον σχηματισμό του πλανήτη, η σωρευτική διαφορά φτάνει περίπου τον ενάμισι χρόνο.

Αυτό, όμως, ισχύει μόνο αν θεωρήσει κανείς ότι η Γη είναι ομοιογενής. Στην πραγματικότητα δεν είναι, αφού ο πυρήνας του πλανήτη αποτελείται κυρίως από σίδηρο και έχει μεγαλύτερη πυκνότητα από τον μανδύα και τον φλοιό. Λαμβάνοντας υπόψη αυτούς τους παράγοντες, οι οποίοι επηρεάζουν το βαρυτικό πεδίο, ο Ούγκερχοφ καταλήγει στην εκτίμηση ότι ένα ρολόι στο κέντρο του πυρήνα θα πήγαινε 2,5 χρόνια πίσω σε σχέση με ένα ρολόι στην επιφάνεια της θάλασσας.

Στην περίπτωση του γιγάντιου Ήλιου, προσθέτει ο ερευνητής, η χρονική διαφορά ανάμεσα στο κέντρο και την επιφάνεια είναι ακόμα μεγαλύτερη, γύρω στα 40.000 χρόνια.

Παραμένει πάντως ασαφές αν ο Ρίτσαρντ Φέινμαν έκανε λάθος στις πράξεις, ή αν η εκτίμησή του μεταφέρθηκε αλλοιωμένη από «χρόνια» σε «μέρες» από άλλους επιστήμονες.

Όπως επισημαίνει ο Ούγκερχοφ στο περιοδικό New Scientist, «θα πρέπει κανείς να είναι πάντα προσεκτικός και να διασταυρώνει τα λεγόμενα ακόμα και των διάσημων ανθρώπων».

Η μελέτη του είναι διαθέσιμη στην υπηρεσία προδημοσίευσης arXiv.

Επιμέλεια: Βαγγέλης Πρατικάκης

Newsroom ΔΟΛ

Παγωμένη λάμψη: Εξωτικός κρύσταλλος αναγκάζει το φως να σταματήσει

Το φως παγιδεύεται μέσα σε έναν κρύσταλλο που περιέχει το εξωτικό στοιχείο πρασεοδύμιο -εικόνα αρχείου 

Ντάρμσταντ, Γερμανία

Φυσικοί στη Γερμανία κατάφεραν να ακινητοποιήσουν το ταχύτερο πράγμα του Σύμπαντος και να το κρατήσουν αιχμάλωτο για το χρόνο-ρεκόρ των 60 δευτερολέπτων -ένα επίτευγμα που ίσως θα εξέπληττε τον Άινσταϊν και δεν αποκλείεται να έχει πρακτικές εφαρμογές στο μέλλον.

Ο πατέρας της θεωρίας της Σχετικότητας είχε υπολογίσει σωστά ότι το φως -όπως και οτιδήποτε άλλο στο Σύμπαν- δεν μπορεί να έχει ταχύτητα μεγαλύτερη από περίπου 300.000 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτα στο κενό. Ο Άινσταϊν όμως δεν είπε ότι το φως δεν μπορεί να κινηθεί πιο αργά.

Για την ακρίβεια, η ταχύτητα είναι πάντα μικρότερη όταν το φως κινείται μέσα σε ένα οποιοδήποτε υλικό μέσο -μέσα στο γυαλί, για παράδειγμα, η ταχύτητα των φωτονίων μειώνεται κατά περίπου 40%.

Κανένα μέσο, όμως, δεν μπορεί να μειώσει την ταχύτητα του φωτός στο μηδέν. Το 1999, ωστόσο, ερευνητές του Χάρβαρντ κατάφεραν να επιβραδύνουν το φως στα 61 χιλιόμετρα την ώρα, και δύο χρόνια αργότερα μπόρεσαν να το σταματήσουν εντελώς, έστω και για μια στιγμή.

Τώρα, ερευνητές στο Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Ντάρμσταντ δείχνουν ότι το φως μπορεί να αιχμαλωτιστεί για περισσότερο χρόνο, έως και 60 δευτερόλεπτα, χάρη σε μια πειραματική διάταξη που βασίζεται σε έναν κρύσταλλο και δύο δέσμες λέιζερ.

Το μυστικό είναι ότι ο κρύσταλλος, ένα υλικό που μοιάζει με γυαλί, γίνεται διαφανής για να απορροφήσει το εισερχόμενο φως, ενώ αμέσως μετά γίνεται αδιαφανής, οπότε το φως παγιδεύεται μέσα του.

Για την ακρίβεια, το φως μετατρέπεται σε ένα είδος κύματος που παραμένει αιχμάλωτο μέσα στον κρύσταλλο.

Ο κρύσταλλος αυτός περιέχει ιόντα (φορτισμένα άτομα) του εξωτικού στοιχείου πρασεοδύμιου. Χάρη στα ιόντα αυτά, ο κρύσταλλος γίνεται απότομα διαφανής όταν δεχθεί μια δέσμη λέιζερ, την οποία οι ερευνητές ονομάζουν δέσμη ελέγχου.

Μια δεύτερη δέσμη, η οποία πρόκειται να ακινητοποιηθεί, εισέρχεται στον διαφανή κρύσταλλο και επιβραδύνεται από τα ιόντα. Και αν η δέσμη ελέγχου σβήσει ενώ η δεύτερη δέσμη βρίσκεται μέσα στον κρύσταλλο, το φως παγιδεύεται.

Ουσιαστικά το φως μετατρέπεται σε ένα είδος κύματος, ένα «κύμα σπιν», το οποίο διαδίδεται στα ηλεκτρόνια που περιφέρονται γύρω από τα ιόντα.

Αυτό είναι ένα εξαιρετικά δύσκολο επίτευγμα, δεδομένου ότι το κύμα σπιν μπορεί να επηρεαστεί από μια πληθώρα παραγόντων -αυτός εξάλλου είναι ο λόγος που το φως δεν παγιδεύεται για μεγάλα χρονικά διαστήματα και σταδιακά διαρρέει στο περιβάλλον.

Παρουσιάζοντας το πείραμά τους στην επιθεώρηση Physical Review Letters, οι ερευνητές εκτιμούν πάντως ότι το φως είναι δυνατό να μείνει «παγωμένο» για μεγαλύτερο διάστημα, ίσως και μια εβδομάδα.

Συσκευές που ακινητοποιούν το φως θα μπορούσαν να αξιοποιηθούν στο μέλλον για σε οπτικά συστήματα αποθήκευσης δεδομένων.

Όπως γνωρίζουμε από τις οπτικές ίνες, το φως μπορεί να μεταφέρει πληροφορίες, οι οποίες θα παγιδεύονταν κι αυτές στον κρύσταλλο όταν το φως ακινητοποιείται.

Στο τελευταίο πείραμα, οι ερευνητές μπόρεσαν να αποθηκεύσουν στον κρύσταλλο τις πληροφορίες που μετέφερε η εισερχόμενη δέσμη -μια απλή εικόνα με ρίγες- και να ανακτήσουν τις πληροφορίες αυτές ένα λεπτό αργότερα.

Επόμενος στόχος των ερευνητών είναι αφενός να αιχμαλωτίσουν το φως για περισσότερο χρόνο, αφετέρου να αυξήσουν την ποσότητα πληροφορίας που μπορεί να αποθηκευτεί.

Και, αν οι προσπάθειες αποδώσουν, το αιχμάλωτο φως θα μπορούσε να γίνει βασικό εργαλείο για τα δίκτυα του μέλλοντος.

Newsroom ΔΟΛ