Tým fyziků z Čínské univerzity vědy a techniky pod vedením Pana Ťien-weje představil optické hodiny, které jsou schopny měřit čas s téměř nepředstavitelnou přesností.
Jejich chyba není větší než jedna sekunda za přibližně 30 miliard let, což je více než dvojnásobek odhadovaného stáří vesmíru.
Soupeř konvenčních atomových hodin
Abychom docenili význam tohoto průlomu, je třeba si připomenout, jak fungují nejdokonalejší přístroje na měření času, které jsme dosud měli k dispozici. Dnešní atomové hodiny, které slouží k oficiálnímu určení sekundy, měří frekvenci záření atomů cesia pomocí mikrovln. Přestože jejich přesnost je mimořádná, není dokonalá: teplota, vibrace prostředí, elektromagnetické pole a dokonce i mikroskopické nedokonalosti materiálů vytvářejí malé odchylky, které se v extrémně náročných aplikacích nakonec kumulují.
Odborníci na metrologii již léta hledají alternativy, jak tato omezení překonat. Odpovědí se staly optické hodiny, zařízení, která místo mikrovln využívají frekvence viditelného světla, jež kmitá s mnohem vyšší frekvencí. Představte si rozdíl mezi počítáním času pomocí metronomu a pomocí tisíckrát rychlejších vibrací: čím rychlejší je referenční etalon, tím jemnější je počítání.
Stroncium uvězněné ve světelné síti
Zařízení Jianweiovy skupiny funguje tak, že uvězní atomy stroncia uvnitř tzv. optické mřížky, struktury vytvořené laserovými paprsky, která funguje jako extrémně přesný světelný filtr. Energetické přechody těchto atomů, tj. skoky mezi energetickými hladinami, se pak měří s nebývalou přesností. Stabilita i nejistota přístroje dosáhly hodnot v řádu 10¹⁹, což z něj činí jedny z nejspolehlivějších hodin, které kdy byly sestrojeny.
Proč nejsou žádné hodinky dokonalé?
Všechny hodiny lžou, i když tak činí nepozorovaně. Ať už jde o mobilní telefon, kuchyňskou troubu nebo náramkové hodinky, všechny získávají nebo ztrácejí nepatrné zlomky času. Důvodem je, že každý hodinový mechanismus závisí na kmitajícím systému, ať už jde o kyvadlo, křemenný krystal nebo vibrace atomu, a žádné kmitání v reálném světě není zcela stabilní. Až dosud se zdálo, že měření času s absolutní přesností je nedosažitelným cílem.
Aplikace daleko za hranicemi hodinářství
Vědci zdůrazňují, že přístroj s takovou přesností by měl obrovské praktické důsledky. Satelitní navigační systémy, jako je GPS, a telekomunikační sítě jsou závislé na extrémní synchronizaci a každé zlepšení přesnosti měření času znamená spolehlivější signály a bezpečnější komunikaci.
Nejzajímavější možnosti se však skrývají v základním výzkumu. Takto přesné hodiny by mohly zachytit nepatrné změny zemské gravitace, což by otevřelo cestu k nebývale podrobnému mapování nitra planety. Mohly by také sloužit jako testovací základna pro základní fyzikální teorie, počínaje teorií relativity Alberta Einsteina.
Když čas přestane být rovnoměrný
Při těchto úrovních přesnosti se objevuje mimořádný jev: čas neplyne všude stejně. Hodiny umístěné jen jeden metr nad jinými hodinami zaznamenávají trochu jiný rytmus, protože gravitace se mění s výškou. Tento jev předpovídá teorie relativity, ale projeví se až tehdy, když měřicí přístroje dosáhnou extrémních hodnot, jako je tato.
Možná nejobjevnější na tomto úspěchu není samotný technologický výkon, ale to, co nás učí o povaze času. Čas zdaleka není pevnou a univerzální veličinou, je tvárný, podmíněný místem, rychlostí a jemností, s jakou jsme schopni ho pozorovat.