Sự xuất hiện của "một" đồng hồ mạng ánh sáng "sẽ không đi ra trong một giây trong 30 tỷ năm" đang thu hút sự chú ý từ khắp nơi trên thế giới vì nó phải mang lại những thay đổi lớn trong lý thuyết vật lý cơ bản, cũng như cuộc sống và xã hội của chúng ta Đồng hồ nguyên tử thế hệ tiếp theo được gọi là "Đồng hồ mạng quang" được phát triển bởi Katori Hidetoshi, giáo sư tại Đại học Tokyo (Trường Kỹ thuật sau đại học) và một nhà nghiên cứu chính tại Viện Riken Hệ thống này đã được phát minh vào năm 2001, và năm 2003, ông đã thực hiện thành công một thí nghiệm cơ bản Sau 11 năm nghiên cứu, anh đã đạt được độ chính xác mà anh đang hướng tới, và năm 2015, ông đã công bố kết quả nghiên cứu của mình trên một tạp chí khoa học của Anh, đã khơi gợi thế giới Sau đó, nhóm tiếp tục thực hiện các thí nghiệm trình diễn nhiều lần, bao gồm cả thu nhỏ và phát triển di động Vào tháng 9 năm 2021, ông đã được trao giải thưởng đột phá về vật lý cơ bản (1) để ghi nhận những thành tựu của ông đã được cung cấp cho công chúng để sử dụng thực tế

6545_6645

Katori, người cũng đang nghe thấy tiếng nói giành giải thưởng Nobel trong tương lai, nói và mỉm cười Đúng là đồng hồ đã ở cấp độ "lỗi 1 giây tính bằng hàng chục triệu năm", và đã được đưa vào một phần của cuộc sống sau hơn nửa thế kỷ kể từ khi phát minh ra Đây là đồng hồ nguyên tử Caesium (※ 2) được phát triển bởi nhà vật lý người Anh Louis Essen vào năm 1955 Kể từ cuộc họp chung quốc tế về trọng lượng và biện pháp (※ 3) đã áp dụng nó như một chiếc đồng hồ xác định "định nghĩa của một giây", nó vẫn là tiêu chuẩn tiêu chuẩn của các quốc gia Độ chính xác của nó đã phát triển đến mức có thể được đo bằng công suất 15 chữ số, nghĩa là, sức mạnh của 10 trừ 15

"Nó cũng được sử dụng trong các vệ tinh định vị và rất cần thiết cho GNSS (hệ thống vệ tinh điều hướng toàn cầu) sử dụng nó, các ứng dụng thông tin vị trí như Google Maps và đồng hồ radio trong nhà của bạn

Đồng hồ mạng quang được phát minh bởi Katori có độ chính xác 18 chữ số, gấp 1000 lần kích thước của đồng hồ nguyên tử Caesium, và được coi là một ứng cử viên đầy hứa hẹn cho "định nghĩa lại một vài giây" Để thấy trước điều này, dường như chúng ta cần biết từ "lịch sử đồng hồ" mà nhân loại đã truy tìm

Katori nói rằng lịch sử tiến hóa của đồng hồ tương đương với lịch sử tiến hóa của xã hội Quay trở lại, mọi người đã học được lịch từ sự chuyển động của mặt trời và các ngôi sao, dự đoán thời gian của lũ sông Nile Vào cuối thế kỷ 16, khi Galileo Galilei tìm thấy Luật con lắc (※ 5), Christian Huygens đã áp dụng điều này để phát minh ra đồng hồ con lắc Độ chính xác của một số lỗi mỗi ngày hỗ trợ tuổi khám phá, nhưng đồng hồ có thể đo được ngay cả khi cần lắc trên một con tàu, và thợ làm đồng hồ John Harrison đã phát triển một chiếc đồng hồ hải lý kiểu mùa xuân (Marinc Chronometer) Nó đã sử dụng các phép đo kinh độ của nó để góp phần ngăn ngừa tai nạn biển

Trong thời hiện đại, đồng hồ thạch anh sinh năm 1927 do đặc điểm của các tinh thể rung chính xác với điện áp Khi các mạng lưới giao thông như đường sắt phát triển, sự cạnh tranh trong thời gian chính xác hơn đang ngày càng trở nên nóng bỏng Đo lường thời gian sẽ trở thành một công nghệ thiết yếu cho sự tiến bộ của một xã hội công nghiệp và "đồng hồ chính xác" sẽ trở thành cơ sở hạ tầng hỗ trợ tất cả các loại hoạt động xã hội

"Đổi mới công nghệ hàng đầu về đo lường thời gian là một đề xuất chính liên quan đến quyền bá chủ quốc gia Trên thực tế, Đế quốc Anh kiểm soát vận chuyển hàng hải và kiểm soát quân sự mở rộng, và sự chấp thuận của Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ trong thời kỳ này

Khi độ chính xác của đồng hồ tăng lên, định nghĩa về thời gian cũng đã thay đổi Nói cách khác, cơ sở để xác định thời gian là gì? Ban đầu, nó dựa trên thời gian Trái đất xoay một vòng quay Điều này có nghĩa là một-86400 độ dài của một ngày là một giây Tuy nhiên, tốc độ xoay không phải là không đổi do sự gia tăng của thủy triều Điều này đã được hiểu, với thời kỳ quỹ đạo với một lỗi nhỏ hơn, một phần ba triệu trong một năm đã trở thành định nghĩa quốc tế của một giây Đó là năm 1956

"Đồng hồ nguyên tử Caesium xuất hiện ở đây Các nguyên tử tạo nên vật chất hấp thụ và phát ra ánh sáng và sóng vô tuyến ở một tần số nhất định Đồng hồ nguyên tử là một đồng hồ coi tần số này là một con lắc và đánh dấu thời gian

Tần số lò vi sóng được phát ra bởi các nguyên tử Caesium là 9192631770 Hertz Số lần rất lớn này được tính là 1 giây Tuy nhiên, đồng hồ mạng quang của Katori sử dụng ánh sáng nhìn thấy được phát ra từ các nguyên tử strontium (※ 6), có tần số 40000 lần (khoảng 430 nghìn tỷ Hertz), như một con lắc Đó thực sự là một thứ tự cường độ

Trên thực tế, nghiên cứu về đồng hồ nguyên tử quang sử dụng ánh sáng nhìn thấy đã được tiến triển ở châu Âu và Hoa Kỳ từ những năm 1980 Các phép đo

Mặc dù vậy, khi các nhà nghiên cứu trên khắp thế giới đang vẫy tay với điều này tiếp theo sau đồng hồ nguyên tử Caesium, Katori, người vẫn là một nhà nghiên cứu trẻ chưa biết, phá vỡ nền tảng mới với ý tưởng đảo ngược của cô

Nếu một nguyên tử được đo trong 1 triệu giây, thì nếu một triệu nguyên tử được sử dụng cùng một lúc, thì nó chỉ có thể là 1 giây

Để làm cho điều này có thể, Katori đã đưa ra một phương pháp sắp xếp các nguyên tử từng cái một trong một microsp không gian giống như mạng được làm bằng ánh sáng laser đặc biệt Nó có hình dạng của một thùng trứng, và bằng cách bọc và giữ các nguyên tử trong đó, nó có thể ngăn chặn con lắc ánh sáng phát ra bởi một triệu nguyên tử ảnh hưởng lẫn nhau

Xuất bản ý tưởng này tại Hội nghị quốc tế về đồng hồ nguyên tử năm 2001 Ý tưởng miễn phí của những người trẻ tuổi được hoan nghênh, nhưng sự tích lũy của người tiền nhiệm không nhẹ như xu hướng nghiên cứu trên khắp thế giới

"Tiến sĩ Demelt và các học giả nổi tiếng khác, những người đã lãnh đạo đồng hồ quang nguyên tử đã được trao giải Nobel Dòng chảy sẽ không thay đổi ngay lập tức với đề xuất của một người trẻ

Vào tháng 4 năm 2019, nhóm nghiên cứu của Katori đã mang hai chiếc đồng hồ mạng quang đến Tokyo Skytree và tiến hành thành công một thí nghiệm làm lóa mắt thế giới Một chiếc xe được đặt trên sàn quan sát 450m trên mặt đất và chiếc xe kia được đặt ở tầng một để đo thời gian cùng một lúc Sau khoảng sáu tháng xét xử, họ đã chứng minh rằng đồng hồ trên sàn quan sát tiến triển bốn tỷ nhanh hơn so với trên mặt đất Điều này có nghĩa là gì?

"Đây là một trong những bằng chứng về lý thuyết tương đối rộng của Einstein, điều đó có nghĩa là thời gian chảy chậm ở những nơi có trọng lực mạnh Cho đến nay, các phương pháp đo đã được áp dụng từ không gian đã có thể thoát khỏi phòng thí nghiệm được trang bị rất nhiều và thể hiện trong một không gian sống chung, bị ảnh hưởng bởi các rung động của tàu hỏa và nhiệt độ, là một điểm chính về việc thể hiện một bước đối với ứng dụng thực tế, với thách thức thu nhỏ, di động và mạnh mẽ "

Theo lý thuyết về thuyết tương đối, rất khó để chia sẻ cùng một lúc ở hai độ cao khác nhau Bởi vì cách thời gian trôi qua là khác nhau tùy thuộc vào sự khác biệt về độ cao Ngược lại, sự khác biệt về độ cao có thể được xác định bằng cách đo sự khác biệt về thời gian Katori nói rằng nếu nó có độ chính xác giống như đồng hồ mạng quang, thì về mặt lý thuyết, nó có thể đo lường sự khác biệt 1cm

"Theo cách tương tự, nếu bạn đặt một chiếc đồng hồ mạng quang lên xe hơi hoặc xe lửa và đo nó, bạn có thể quan sát ảnh hưởng của lý thuyết đặc biệt về thuyết tương đối, trong đó nó càng nhanh, thời gian cuối cùng

Bạn có thể tưởng tượng nó sẽ giúp gì không? Sự xuất hiện của các hệ thống định vị chính xác cao vượt xa GPS cho phép giám sát và khám phá chính xác các hiện tượng tự nhiên khác nhau trên Trái đất thay đổi theo từng khoảnh khắc do trọng lực, chẳng hạn như chuyển động vỏ Do đó, nó nên được áp dụng cho các hệ thống phòng chống thảm họa dự đoán sự xuất hiện của trận động đất, sóng thần, phun trào núi lửa và thăm dò các tài nguyên không sử dụng nằm dưới lòng đất

Katori và những người khác đã bắt đầu những nỗ lực của họ để chứng minh điều này, và đã lắp đặt đồng hồ mạng quang tại Đài quan sát Mizusawa VLBI của Đài quan sát thiên văn quốc gia và Viện Riken ở tỉnh Iwate Bắt đầu với trận động đất lớn ở Đông Nhật Bản, chúng tôi đang tiếp tục quan sát một sườn núi đất khoảng 3cm trong năm tiếp tục cho đến ngày hôm nay Những nghiên cứu này cho thấy thực tế rằng trái đất mềm mại đến đáng ngạc nhiên Hiệu ứng thủy triều gây ra bởi sự hấp dẫn của mặt trời và mặt trăng không chỉ kéo dài đến nước biển mà còn đến đất liền, dẫn đến sự thay đổi chiều cao lên tới 5cm trong 6 giờ

Tất cả những điều này được tiết lộ từ sự khác biệt về thời gian chính xác Trong một thế giới nơi đồng hồ chính xác có thể được sử dụng để nhận ra lý thuyết tương đối thực tế, đó là cách thông thường rằng cách du hành thời gian khác nhau tùy thuộc vào nơi đó

Bây giờ, chúng ta sẽ sử dụng cơ sở hạ tầng đó như thế nào để ra mắt các dịch vụ và doanh nghiệp xã hội mới? Đó là một chiếc dùi cui được Katori trao cho thế hệ trẻ Từ thời điểm khoa học được sinh ra cho đến ngày nay, xã hội loài người đã phát triển khi các nhà khoa học xây dựng các lý thuyết cơ bản được thúc đẩy bởi sự tò mò thuần túy và những người theo dõi họ phát triển các ứng dụng của họ Đó là những gì Katori nghĩ là "sự biến đổi kèm theo sự tiến hóa"

"The Sticky of Memory" của Salvador Dali mô tả một chiếc đồng hồ bị biến dạng, bị biến dạng Theo một lý thuyết, người ta nói rằng đó là do lý thuyết tương đối Nhà vật lý nổi tiếng thế giới George Gamov cũng đã viết một câu chuyện mang tên "Tomkins in Wonderland" lấy bối cảnh một thế giới nơi khung cảnh dường như bị bóp méo khi đi xe đạp Có vẻ như thế giới quan sắp trở thành hiện thực

"Hãy suy nghĩ về việc sử dụng mới của đồng hồ mạng quang mà không ai mong đợi Mở rộng trí tưởng tượng của bạn để vượt qua Dali và Gamov"

Phỏng vấn và văn bản của Matsuoka Ichiro (Escript) Ảnh của Takemi Shugo

• Tệp ý kiến

• chia sẻ
• tweet
•