Ο Einstein και τα ατομικά ρολόγια στη μελέτη του εσωτερικού της Γης

Η θεωρία της Γενικής Σχετικότητας και τα ατομικά ρολόγια υψηλής ακρίβειας σύντομα θα επιτρέπουν στους γεωλόγους να χαρτογραφούν το υπέδαφος σε μεγάλα βάθη, εκτιμούν ερευνητές στην Ελβετία.

Η νέα προσέγγιση βασίζεται στο γεγονός ότι ο χρόνος τρέχει πιο αργά όταν η δύναμη της βαρύτητας αυξάνεται -ένα φαινόμενο που ονομάζεται «βαρυτική διαστολή του χωροχρόνου» και αποτελεί βασικό συμπέρασμα της Γενικής Σχετικότητας του Αϊνστάιν, η οποία περιγράφει τη δομή του χωροχρόνου.

Αυτό σημαίνει ότι, αν κανείς συγχρονίσει δύο ρολόγια μεγάλης ακρίβειας, και στη συνέχεια κατεβάσει το ένα από αυτά στο φρεάτιο μιας γεώτρησης, το ρολόι στην επιφάνειας θα πηγαίνει μπροστά σε σχέση με το ρολόι στο υπέδαφος, το οποίο βρίσκεται πιο κοντά στο κέντρο της Γης και επομένως δέχεται ισχυρότερη βαρυτική έλξη.

Αυτός, εξάλλου, είναι ένας από τους λόγους για τους οποίους οι δορυφόροι του GPS είναι εξοπλισμένοι με ατομικά ρολόγια και συνυπολογίζουν τα σχετικιστικά φαινόμενα ώστε να δίνουν ακριβές στίγμα.

Πλέον, η ακρίβεια των ατομικών ρολογιών έχει φτάσει τα επίπεδα που απαιτούνται για να παρατηρηθεί το φαινόμενο στη Γη: «Το 2010, ατομικά ρολόγια υπερυψηλής ακρίβειας μέτρησαν τη διαφορά του χρόνου ανάμεσά τους, με το ένα ρολόι να βρίσκεται τοποθετημένο 33 εκατοστά πάνω από το άλλο» αναφέρει η Ρουξάντρα Μπονταρέσκου, επικεφαλής των ερευνητών στη Ζυρίχη.

Εκτιμά μάλιστα ότι η μέτρηση της χρονικής διαφοράς ανάμεσα σε δύο ρολόγια με υψομετρική διαφορά μόλις ενός εκατοστού «βρίσκεται εντός των ορίων της τεχνολογίας των ατομικών ρολογιών».

Η ιδέα είναι ότι οι γεωλόγοι θα συγχρονίζουν δύο ρολόγια στο επίπεδο της επιφάνειας της θάλασσας και στη συνέχεια θα μεταφέρουν το ένα από αυτά στο έδαφος της περιοχής που θέλουν να μελετήσουν. Οι τυχόν διαφορές στο ρυθμό του χρόνου θα αποκάλυπταν τι κρύβεται στο υπέδαφος αυτής της περιοχής.

Αν για παράδειγμα το υπέδαφος κρύβει τον άδειο χώρο μιας μεγάλης σπηλιάς, το βαρυτικό πεδίο θα είναι τοπικά πιο ασθενές, οπότε το ρολόι πάνω από τη σπηλιά θα τρέχει πιο γρήγορα. Αν αντίθετα κρύβεται στο υπέδαφος ένα μεγάλο κοίτασμα σιδήρου, ο οποίος έχει μεγάλη ειδική μάζα και αυξάνει τοπικά τη βαρύτητα, ο χρόνος θα τρέχει ελαφρώς πιο αργά.

Σύμφωνα με τις εκτιμήσεις των ερευνητών, οι οποίες δημοσιεύτηκαν στο Geophysical Journal International, ατομικά ρολόγια υψηλής ακρίβειας, τα οποία μπορούν να δείξουν τη χρονική διαφορά ανάμεσα σε δύο σημεία με υψομετρική διαφορά ενός εκατοστού, θα μπορούσαν να εντοπίσουν μια σφαιρική δομή με διάμετρο 1,5 χιλιομέτρου θαμμένη σε βάθος δύο χιλιομέτρων. Για να γίνει αυτό, όμως, η διαφορά στην πυκνότητα της σφαίρας και των γύρω υλικών θα πρέπει να υπερβαίνει το 20%.

Τα υπερ-ακριβή ατομικά ρολόγια στα οποία αναφέρεται η μελέτη είναι αρκετά ογκώδη, στο μέλλον όμως θα μπορούσαν να μικρύνουν αρκετά ώστε να χρησιμοποιηθούν σε έρευνες πεδίου.

Πηγή: Newsroom ΔΟΛ