घड़ियां, गुरुत्वाकर्षण और सापेक्षता की सीमा

यूरोप की कोलंबस अंतरिक्ष प्रयोगशाला की यह छवि ईएसए अंतरिक्ष यात्री लुका पर्मिटानो द्वारा 9 जुलाई, 2013 को अपने स्पेसवॉक के दौरान ली गई थी। ईएसए / नासा के माध्यम से छवि।

वाया ईएसए

अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन पृथ्वी छोड़ने के लिए अब तक की सबसे सटीक घड़ियों की मेजबानी करेगा। 300 मिलियन वर्षों में एक सेकंड के लिए सटीक, घड़ियां समय की माप को सापेक्षता के सिद्धांत की सीमाओं और गुरुत्वाकर्षण की हमारी समझ का परीक्षण करने के लिए धक्का देंगी।

अल्बर्ट आइंस्टीन के सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत ने भविष्यवाणी की थी कि गुरुत्वाकर्षण और गति समय को प्रभावित करती है; जितना अधिक आप यात्रा करते हैं उतना अधिक समय धीमा पड़ता है, लेकिन अधिक गुरुत्वाकर्षण भी आप पर खींचता है और अधिक समय धीमा हो जाता है।

1919 के सूर्य ग्रहण की नकारात्मक तस्वीर। रॉयल एस्ट्रोनॉमिकल सोसायटी के माध्यम से छवि।

29 मई, 1919 को, आइंस्टीन के सिद्धांत को पहली बार परीक्षण के लिए रखा गया था जब सूर्य ग्रहण के दौरान आर्थर एडिंगटन ने सूर्य के चारों ओर प्रकाश thebending मनाया। चालीस साल बाद, पाउंड-रेबका प्रयोग ने पहले प्रयोगशाला में गुरुत्वाकर्षण द्वारा प्रेरित रेडशिफ्ट प्रभाव को मापा लेकिन एक सदी बाद वैज्ञानिक अब भी सिद्धांत की सीमाओं की खोज कर रहे हैं।

Luigi Cacciapuoti, ESA s परमाणु घड़ी अंतरिक्ष में इकट्ठा (ACES) परियोजना वैज्ञानिक, समझाया:

सापेक्षता का सिद्धांत बड़े पैमाने पर हमारे ब्रह्मांड का वर्णन करता है, लेकिन असीम रूप से छोटे पैमाने पर सीमा के साथ सिद्धांत नहीं चलता है और यह क्वांटम यांत्रिकी के साथ असंगत रहता है। सामान्य सापेक्षता और क्वांटम यांत्रिकी के एकीकरण के प्रयासों का आज आइंस्टीन के समकक्ष सिद्धांत के उल्लंघन का अनुमान है।

आइंस्टीन के सिद्धांत का विवरण है कि गुरुत्वाकर्षण समय और स्थान के साथ कैसे हस्तक्षेप करता है। इसकी सबसे दिलचस्प अभिव्यक्तियों में से एक गुरुत्वाकर्षण के कारण समय का फैलाव है। यह प्रभाव विभिन्न ऊंचाई जैसे कि पहाड़ों पर, घाटियों और अंतरिक्ष में घड़ियों की तुलना करके साबित हुआ है। अधिक ऊँचाई पर स्थित घड़ियाँ पृथ्वी की सतह पर एक घड़ी के संबंध में समय तेज़ी से गुज़रती हैं, क्योंकि पृथ्वी से कम गुरुत्वाकर्षण है जहाँ आप हमारे ग्रह से हैं।

स्पेस स्टेशन पर 250 मील (400 किमी) की ऊँचाई पर उड़ते हुए, स्पेस में एटॉमिक क्लॉक एन्सेम्बल पहले से कहीं अधिक सटीक माप करेगा।

ACES घड़ी। CNES के माध्यम से छवि।

घड़ियों का इंटरनेट

एसीईएस "घड़ियों का इंटरनेट" बनाएगा, जो दुनिया के सबसे सटीक परमाणु समय को जोड़ता है और मानव जाति की भारहीन प्रयोगशाला पर लोगों के साथ उनके टाइमकीपिंग की तुलना करता है क्योंकि यह ओवरहेड उड़ता है।

सैकड़ों फेमटोसेकंड की स्थिरता के लिए समय की तुलना में - एक सेकंड के एक अरबवें हिस्से के दस लाखवें हिस्से में ऐसी तकनीकों की आवश्यकता होती है जो वर्तमान प्रौद्योगिकी की सीमाओं को धक्का देती हैं। ACES के पास घड़ियों के लिए अपने डेटा, एक माइक्रोवेव लिंक और एक ऑप्टिकल लिंक संचारित करने के दो तरीके हैं। दोनों कनेक्शन ग्राउंड स्टेशन और स्पेस टर्मिनल के बीच दो तरफा टाइमिंग सिग्नल का आदान-प्रदान करते हैं, जब टाइम सिग्नल स्पेस स्टेशन की ओर बढ़ता है और जब यह पृथ्वी पर वापस आता है।

इस सेटअप की अभूतपूर्व सटीकता ACES प्रयोग के लिए कुछ अच्छे बोनस लाती है। जमीन पर स्थित घड़ियों की आपस में तुलना की जाएगी और भूगर्भीय अंतर के स्थानीय माप प्रदान किए जाएंगे, जिससे वैज्ञानिकों को हमारे ग्रह और उसके गुरुत्वाकर्षण का अध्ययन करने में मदद मिलेगी।

लेजर और माइक्रोवेव लिंक की आवृत्तियों से यह समझने में मदद मिलेगी कि प्रकाश और रेडियो तरंगें ट्रोपोस्फीयर और आयनोस्फीयर के माध्यम से कैसे फैलती हैं, इस प्रकार जलवायु पर जानकारी प्रदान करती हैं। अंत में, घड़ियों का इंटरनेट वैज्ञानिकों को समय-समय पर वितरित करने और बड़े पैमाने पर पृथ्वी-आधारित प्रयोगों और सटीक समय की आवश्यकता वाले अन्य अनुप्रयोगों के लिए दुनिया भर में अपनी घड़ियों को सिंक्रनाइज़ करने की अनुमति देगा।

एसीईएस के साथ कोलंबस मॉड्यूल। ईएसए-डी के माध्यम से छवि। Ducros।

लुइगी ने कहा:

अगली पीढ़ी की परमाणु घड़ियाँ और लिंक तकनीकें जो हम विकसित कर रहे हैं, एक दिन गुरुत्वाकर्षण तरंगों का निरीक्षण करने के लिए खुद को ईएसए के प्रस्तावित एलआईएसए मिशन के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है, लेकिन अभी एसीईएस हमें सबसे अच्छा परीक्षण करने में मदद करेगा क्योंकि हम आइंस्टीन के सामान्य सापेक्षता के सिद्धांत की खोज कर रहे हैं। छोटे उल्लंघन, जो पाए जाते हैं, तो भौतिकी के एक नए सिद्धांत के लिए एक खिड़की खोल सकते हैं।

घड़ियों को ACES पेलोड पर परीक्षण और एकीकृत किया गया है और ACES के लिए माइक्रोवेव लिंक पूर्ण प्रयोग के साथ अंतिम एकीकरण से पहले परीक्षणों से गुजर रहा है। एसीईएस 2020 तक स्पेस स्टेशन में लॉन्च के लिए तैयार हो जाएगा।

नीचे पंक्ति: गुरुत्वाकर्षण के आइंस्टीन के सिद्धांत को पहली बार परीक्षण के लिए रखा गया था जब सूर्य ग्रहण के दौरान आर्थर एडिंगटन ने सूर्य के चारों ओर प्रकाश "झुका" देखा था। एक सदी बाद, वैज्ञानिक अभी भी सिद्धांत की सीमाओं की खोज कर रहे हैं।