Fale grawitacyjne, jako przemieszczające się zaburzenie czasu

 

　Spora część moich wpisów na salonie 24 dotyczących fizyki, łączy się ściśle z moją aktualna pracą badawczą. Kiedy opublikowałem 18.01.2014 wpis [1]informujący o ważnym i ciekawym międzynarodowym eksperymencie KLOE-2, realizowanym w Narodowym Instytucie Fizyki Jądrowej we Frascati we Włoszech przez zespół pod kierownictwem Polki dr Mgdaleny Zych, to jednocześnie sam pracowałem nad możliwymi teoretycznie związkami między QM i GR. Skojarzenia i korelacje między tymi dwoma obszarami doświadczenia bywają niezwykłe.

Kilka tygodni po wrześniu 2015 roku, kiedy to miała miejsce pierwsza rejestracja impulsu falowego grawitacji i kursowały na razie tylko plotki o pozytywnym wyniku pomiarów LIGO, natychmiast pomyślałem o eksperymencie KLOE-2 !

Zadałem sobie wówczas pytanie : dlaczego nie wykorzystać grawitacyjną dylatację czasu do rejestracji fal grawitacyjnych ?

Fale grawitacyjne, to periodyczne zaburzenie czasoprzestrzeni rozprzestrzeniające się z szybkością "c". W systemie LIGO , laserowy interferometr Michelsona wykrywa destrukcję metryki przestrzeni, wywołaną przez impuls falowy grawitacyjny. Jednak fale grawitacyjne, to równocześnie zmienność/destrukcja interwałów czasu, a dokładniej- grawitacyjna dylatacja interwału czasu.

Relatywistyczny współczynnik uwzględniający wpływ potencjału pola grawitacyjnego V na interwał czasu ma postać

gamma = [1- 2*V/c^2)]^(-1/2)

Ponieważ w impulsie falowym grawitacji, mamy do czynienia ze zmiennym potencjałem pola ,to padający na bardzo dokładny zegar impuls fali grawitacyjnej, będzie zmieniał wielkość jednostek czasu mierzonych przez ten zegar [czyli częstotliwość/okres zagara].

 Tak więc można użytć zegara do rejestracji fal grawitacyjnych !

Oczywiście nie może to być pojedynczy zegar, tylko tablica/krata przestrzenna pewnej liczby zegarów [uprzednio zsynchronizowanych],która utraci początkową synchronizację po padaniu na nią fali grawitacyjnej.

 Obok więc stosowania systemu LIGO do rejestracji [detekcji] fal grawitacyjnych, za pomocą skrócenia Fizgeralda-Lorentza, można także odkryć je i zmierzyć za pomocą układu bardzo dokładnych zegarów!

 Powyższe stwierdzenie zawdzięczam studiom nad eksperymentem KLOE-2 i badaniami p.Magdaleny Zych.

Nauka, to naczynia połączone, jedność nauki rodzi się we wzajemnej inspiracji, wpływach i związkach duchowych, często nie przewidywanych i niewidocznych.

 Obliczenia szczegółowe jakie przeprowadziłem w następnych dniach, ostudziły jednak temperaturę mojego podniecenia. Przy znanej mi niepewności pomiaru czasu ] wynoszącej 10^(-15) s, przez najbardziej czułe zegary tzw. atomowe[w dwóch miejscach kraju są zainstalowane i pracują] bazujące na przejściach mikrofalowych, detekcja wyliczonej przeze mnie wartości dylatacji sekundy - dylatacji spowodowanej działaniem fali grawitacyjnej - nie będzie możliwa, z uwagi na jej wartość rzędu 10^(-18) s!

 Podzieliłem się tym z młodszym kolegą, odbywającym staż w USA w zakresie techniki pomiarów czasu , który [ ku mojemu osłupieniu] skierował mnie do Warszawy i Torunia ,gdyż jego zdaniem właśnie w Toruniu zespół fizyków z trzech różnych uniwersytetów kończy przygotowania do uruchomienia super-dokładnych i stabilnych optycznych zegarów atomowych bazujących na przejściach optycznych.

 Dzisiaj jednak skoryguję informację kolegi:przygotowania już dawno zakończone, a w Toruniu, w Krajowym Laboratorium FAMO, już ponad rok pracuje taki zegar[2]. Zegar ten bazuje na przejściach optycznych w ekstremalnie zimnych atomach strontu, utrzymywanych w sieciach wytworzonych wiązkami laserowymi.

foto.nr.1 Fragment optycznego zegara atomowego  w Toruniu [żródło:forumakademickie.pl]

I rzeczywiście, absolutna niepewność częstotliwości taktowania toruńskiego optycznego zegara kratowego jest na poziomie ok. 2x10^–18s, co odpowiada przewidywalnej przeze mnie, mierzalnej grawitacyjnej dylatacji czasu wywołanej przez falę grawitacyjną o zadanej amplitudzie i częstotliwości.

 Ów kolega ,przebywający na stażu w USA nie tylko przypomniał mi staropolską sentencję :”cudze widzisz pod lasem ,a swojego nie widzisz pod nosem”, ale zaciekawiony moją pracą o detekcji fal grawitacyjnych za pomocą sieci/tablicy zegarów wymienił mi nazwisko “Abraham Loeb”, który podobno również rozmyśla nad wykorzystaniem grawitacyjnej dylatacji czasu spowodowanej przemieszczaniem się fal grawitacyjnych do rejestracji tychże.

Foto nr. 2  :Prof.Abraham Loeb.Źródło : Amazon.com : Abraham Loeb

 Szybko ustaliłem, że prof.Loeb nie tylko rozmyśla ,ale już przedstawił projekt systemu /sieci chronometrów do detekcji fal grawitacyjnych w oparciu o efekt dylatacji czasu [3].

Jest to projekt planetarnego eksperymentu za pomocą planetarnej “tablicy “ złożonej z dwóch zsynchronizowanych początkowo zegarów umieszczonych na orbicie Ziemi ,których wskazania będą odczytywane wiązkami laserowymi z statku “bazy”.

 

Foto nr.3 Żródło ; pozycja [3] wykaz literatury

Uważnie zapoznałem się z pracą Loeb-Maoz [pozycja 3 w wykazie literatury dostępna za frico w arXiv] i twierdzę ,że koszty jej realizacji będą większe od kosztów budowy i funkcjonowania LIGO.

Mój projekt nie jest planetarny,można bowiem zbudować tablicę zegarów na powierzchni Ziemi w wymiarach globalnych ,a baza do odczytywania wiązkami laserowymi wskazań zegarów może być na platformie orbitującej geostacjonarnej.Przede mną sporo obliczeń dynamiki takiego układu rejestrującego fale grawitacyjne za pomocą dylatacji czasu.

 

　Literatura

[1]Eine,Ogólna teoria względności a świat kwantowy,

http://autodafe.salon24.pl/561796,ogolna-teoria-wzglednosci-a-swiat-kwantowy

[2]M.Piotrowski, Pierwszy polski optyczny zegar atomowy tyka w Toruniu,8.12.2014www. Fiztaszki.pl

[3]A.Loeb,D.Maoz,Using Atomic Atomic Clocks to Detect Gravitational Waves ,arXiv:1501.00996v2