|

ترجمه سليمان فرهاديان: اگر هم ثابت های اساسی فيزيك تغيير كنند، اين تغييرات چنان كند و آهسته است كه تشخيص آن برای ما ناممكن است. دو گروه از فيزيكدانان پس از سال ها تحقيق و انجام آزمايش های دقيق به نتايج جالب توجهی در مورد ثابت های طبيعت و ميزان تغييرات آن دست يافتند. تاكنون فيزيكدان ها برای انجام چنين تحقيقاتی مجبور بودند به رصد ستاره های دوردست بپردازند، اما اين دو گروه به روش جديدی برای اندازه گيری اين كميت ها دست يافتند. گمان می رود همه چيز در جهان بر تعداد كمی از اعداد مبتنی است كه به آنها ثابت های اساسی فيزيك می گويند. برای مثال اين اعداد بيانگر قدرت گرانش و الكترومغناطيس و جرم ذرات ريز اتمی هستند. پايداری اتم ها، درخشش ستارگان و امكان تشكيل حيات از اين اعداد ناشی می شود. اگر ميزان اين ثابت های فيزيكی به ميزان بسيار جزيی تغيير می كرد و با آنچه كه اكنون هست، متفاوت بود، شايد جهان برای هميشه به صورت سوپ بی شكلی از ماده و انرژی باقی می ماند و هيچ گاه صورت امروزی به خود نمی گرفت. در عين حال طی چند سال گذشته، دانشمندان بسياری مشتاق شدند تا دريابند از حدود 13 ميليارد سال پيش كه فضا و زمان آغاز شده است، مقدار اين ثابت های فيزيكی دچار تحول شده يا همچنان بدون تغيير مانده است؟ با اين همه تئوری های جديدی كه اخيرا ارائه شده است و تلاش می كند نسبيت را با مكانيك كوانتوم تلفيق كند ـ ايده تلفيق نسبيت با مكانيك كوانتوم يكی از چالش های اساسی فيزيك جديد است ـ پيش بينی می كنند، ثابت های اساسی فيزيك احتمالا با گذشت زمان دچار تغيير شده اند، حتی بعضی ها مدعی شده اند اين ثابت ها الزاما بايد تغيير كنند.
در بسياری از اين بررسی ها، محققان ضمن بازگشت به گذشته، توجه خود را به ثابتی به نام ثابت ساختار ظريف كه با نماد a (آلفا) نشان داده می شود، معطوف كردند تا دريابند اين كميت با گذشت زمان تغيير می كند يا خير؟ اين ثابت معياری از شدت بر هم كنش نور و ماده است. امكان تغيير در مقدار اين ثابت طی ساليان گذشته از اهميت به سزايی برخوردار است و بدين لحاظ بسيار بحث انگيز ظاهر شده است، چرا كه می توانست ايده های آلبرت اينشتين را به چالش بكشد. اينشتين در تئوری نسبيت خود تاكيد می كند، سرعت نور حين عبور از فضای خالی هميشه ثابت است. اگر مقدار آلفا با گذشت زمان تغيير كرده باشد و مقدار كنونی آن با مقدار اين ثابت در ميلياردها سال پيش متفاوت باشد، قطعا سرعت نور هم دچار تغيير شده است. هفت سال پيش فريمن دايسون فيزيكدان آمريكايی توجه خود را به محصولات حاصل از واپاشی راديواكتيو معطوف كرد. واكنش زنجيری هسته ای مورد نظر وی حدود دو ميليارد سال پيش در رسوبات اورانيوم طبيعی گابن روی داده است. وی از نتايج اين آزمايشات استفاده كرده تا بتواند مقدار آلفا را در آن زمان حدس بزند. وی با توجه به تاريخ به دست آمده از اين آزمايش نتيجه گرفت كه مقدار اين ثابت نمی توانست با ضريبی بيش از يك ده ميلياردم تغيير كرده باشد، به عبارت ديگر ميزان تغيير اين كميت حدود16-10*0/5 در هر سال است. اما حدود دو سال پيش اخترشناسان ادعا كردند طول موج نور كوآزارهای دوردست - نور اين كوآزارها بعد از گذشت حدود ده ميليارد سال به ما رسيده است - كه جذب اتم های تشكيل دهنده ابرهای گازی می شود، نسبت به طول موج جذب همان اتم ها در آزمايشگاه دچار تغييرات جزيی شده است. به گفته آنها، نتايج اين آزمايش نشان می دهد كه تغيير در ميزان آلفا طی ده ميليارد سال گذشته حدود هفت ميليونيم است.
ساعت اتمی
هم اكنون هارولد ماريون و همكارانش در رصدخانه پاريس از فرانسه و جيمز بركوئيست و همكارانش در انستيتو ملی استاندارد و فناوری در بولدر از كلرادو ادعا كردند هر گونه تغييری بيش از 16-10*7 و 15-10*7 در سال غير محتمل است. اين دو گروه توانستند مقدار اين ثابت را در آزمايشگاه با استفاده از ساعت اتمی اندازه گيری كنند. ساعت های اتمی دقيق ترين ساعت های شناخته شده هستند و ميزان خطای آنان در حدود يك ثانيه در چند ميليون سال است. اتم ها و يون های موجود در ميدان الكتريكی و مغناطيسی در اثر نور يا امواج ميكروويو تحريك می شوند. اين اتم ها فركانس های مشخص و دقيقی از امواج تابيده شده را جذب می كنند كه می توان اين فركانس ها را با دقت بسيار زيادی اندازه گرفت. اين فركانس ها به عنوان معياری برای اندازه گيری زمان به كار می روند. اگر با گذشت زمان ثابت هايی همانند آلفا به آرامی دچار تغييراتی شوند، اين تغييرات می تواند طی چند سال جابه جايی قابل تشخيص در فركانس جذب امواج ايجاد كند. اما محققين تاكنون با تغييرات قابل آشكارسازی مواجه نشده اند.
تاريخچه ساعت اتمی
1945: رابی، يك استاد فيزيك در دانشگاه كلمبيا پيشنهاد كرد بر اساس تكنيكی كه وی در دهه 1930 ابداع كرده است و رزونانس مغناطيسی پرتوهای اتمی نام دارد ساعت دقيقی ساخت.
1949: NIST (كه بعدها اداره ملی استاندارد نام گرفت) اعلام كرد با استفاده از تكنيك رابی اولين ساعت اتمی جهان را ساخته است كه در آن از مولكول آمونياك به عنوان منبع ارتعاش استفاده می شود.
1952: NIST اعلام كرد اولين ساعت اتمی را ساخته كه با استفاده از اتم های سزيم به عنوان منبع ارتعاش كار می كند. اين ساعت NBS-1 نام گرفت.
1954: NBS-1 به آزمايشگاه جديد NIST در بولدر كلرادو منتقل شد.
1955: آزمايشگاه ملی فيزيك در انگلستان اولين ساعت پرتوسزيم را ابداع كرد.
1958: ساعت های سزيم تجارتی در دسترس قرار گرفتند. هر كدام از اين ساعت ها بالغ بر 20 هزار دلار قيمت داشتند.
1960: NBS-2 در بولدر افتتاح شد. از اين ساعت برای بررسی دوره های زمانی گسترده و تنظيم استانداردهای ثانويه استفاده می شود.
1963: تحقيقات برای ساخت ساعت هايی با دقت بيشتر به NBS-3 منجر شد.
1967: در سيزدهمين كنفرانس عمومی اوزان و مقادير ثانيه بر مبنای ارتعاشات اتم سزيم تعريف شد و سيستم های گاهشماری نجومی منسوخ شدند.
1968: NBS-4 كه بهترين ساعت اتمی جهان بود، تكميل شد. اين ساعت تا دهه 1990 به عنوان سيستم زمانی NIST مورد استفاده قرار گرفت.
1972: NBS-5 ساعتی كه بر مبنای پرتوهای سزيم كار می كرد كامل شد و به عنوان استاندارد اوليه مورد استفاده قرار گرفت.
1976: NBS-6 كه شكل پيشرفته تر NBS-5 بود مورد استفاده قرار گرفت. ساعتی كه از همه ساعت های ديگر دقيقتر كار می كرد و طی 300 هزار سال يك ثانيه هم خطا نداشت.
1989: جايزه نوبل فيزيك به سه دانشمندی تعلق گرفت كه در زمينه توسعه ساعت های اتمی كار می كردند.
1993: NBST-7 روی كار آمد كه بيست مرتبه دقيقتر از NBS-6 بود.
1999: NBST-F1 آغاز به كار كرد كه دقت آن در حدود يك ثانيه در 20 ميليون سال است.
Nature,3 May 2003 |