Το κβαντικό γυροσκόπιο θα μπορούσε να αποκαλύψει την ιδιοπεριστροφή του Σύμπαντος

Από σελίδα του NewScientist, 14 Ιουλίου 2002

Ένα κβαντικό γυροσκόπιο θα μπορούσε να μας πει εάν ολόκληρο το Σύμπαν βρίσκεται σε μια περιστροφή γύρω από κάποιον άξονα  σύμφωνα με  μια νέα επιστημονική έρευνα.

 
Το πείραμα για την ιδιοπεριστροφή του Σύμπαντος

Οι φυσικοί συνήθως όταν ρωτηθούν τι νομίζουν για το αν το Σύμπαν περιστρέφεται ή όχι,  σκέφτονται όπως ο Αυστριακός Φυσικός Ernst Mach : "Ως προς τι περιστρέφεται;" ρωτούσε το 1893 ο Mach. Ύστερα εμφανίστηκε η πρωτοποριακή σκέψη του  Einstein.

Σύμφωνα με τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητάς του, εάν το μεγαλύτερο μέρος της ύλης στο Σύμπαν τυχαίνει να περιστρέφεται, όλος ο χωρόχρονος θα παρασύρεται, περιστρεφόμενος μαζί του. Εάν αυτό συμβαίνει, το Σύμπαν πρέπει να περιστρέφεται από τις αρχικές στιγμές του μετά από τη Μεγάλη Έκρηξη.

Οποιαδήποτε γενική περιστροφή υπάρχει θα πρέπει να εκδηλώνεται από τα παράξενα αποτελέσματα στις τροχιές των ελεύθερων σωματιδίων. Αλλά οι φυσικοί δεν έχουν φθάσει ποτέ προηγουμένως κοντά στην ιδέα πώς να τη μετρήσουν. Τώρα μια ομάδα που καθοδηγείται από τον Wolfgang Schleich στο Πανεπιστήμιο Ulm στη Γερμανία, έχει προτείνει έναν τρόπο να προσαρμόσει για τον σκοπό αυτόν, τα γυροσκόπια δακτυλίων λέιζερ που χρησιμοποιούνται αυτήν την περίοδο στην ανίχνευση της περιστροφής των αεροσκαφών και των δορυφόρων.

Κροσσοί συμβολής

Αυτές οι συσκευές στέλνουν ακτίνες λέιζερ σε αντίθετες κατευθύνσεις γύρω από ένα δακτύλιο οπτικών ινών. Εάν ένα αεροπλάνο περιστρέφεται, η ακτίνα λέιζερ που ταξιδεύει σύμφωνα με την περιστροφή πρέπει να ταξιδέψει ακόμη περισσότερο για να φθάσει στο σημείο αφετηρία της, έτσι φθάνει αργότερα από την ακτίνα που ταξιδεύει αντίθετα στην περιστροφή. Όταν οι ακτίνες συναντιούνται, συμβάλλουν και από το αποτέλεσμα της συμβολής  είναι δυνατό να υπολογιστεί η διαφορά στους χρόνους άφιξης των δύο ακτίνων, και ως εκ τούτου ο ρυθμός περιστροφής του αεροσκάφους. Πρόκειται δηλαδή για μια ακόμη εφαρμογή του κλασσικού πειράματος των Michelson - Morley με την χρήση laser.

Ο Shleich επισημαίνει ότι η ίδια αρχή λειτουργεί επίσης με τις ψυχρές ακτίνες ατόμων, και επειδή τα άτομα κινούνται πιο αργά από το φως, η διαφορά χρόνων άφιξης και η μέτρηση της ιδιοπεριστροφής είναι εμφανέστερη. Αυτό θα επιτρέψει να μετρηθούν πολύ πιο αργοί ρυθμοί περιστροφής.

Η Ευρωπαϊκή Διαστημική Υπηρεσία (ESA) προγραμματίζει ήδη να προωθήσει ένα γυροσκόπιο ψυχρών ατόμων, που ονομάζεται HYPER, στο διάστημα, με στόχο να μετρηθεί οποιαδήποτε περιστροφή που να σχετίζεται με το γήινο πεδίο βαρύτητας. Αυτό θα παράσχει την πρώτη δοκιμή της πρόβλεψης, η οποία απορέει από τη Γενική Θεωρία της Einstein, ότι ο κοντινός χώρος θα πρέπει να περιστρέφεται, παρασυρόμενος από από τη γήινη περιστροφή.

Κβαντική ομορφιά

Στο New Journal of Physics του Ιουλίου, ο Schleich δείχνει ότι η ακρίβεια του HYPER θα μπορούσε να βελτιωθεί κατά έναν παράγοντα 10 δισεκατομμυρίων, τα οποία πρέπει να είναι αρκετά για να μετρήσουν την περιστροφή του Σύμπαντος.

Το τέχνασμα είναι να βρεθούν και οι δύο ψυχρές ακτίνες ατόμων στην ίδια κβαντική κατάσταση. Οι ακτίνες πρέπει έπειτα να είναι απολύτως ίδιες, έτσι ώστε οποιαδήποτε  μεταβολή των συχνοτήτων τους παρατηρηθεί κατά την συμβολή τους θα πρέπει να οφείλεται στην περιστροφή, παρά στον τυχαίο θόρυβο. "Υπάρχει μια πραγματική ομορφιά με τον τρόπο που η κβαντική μηχανική καθιστά αυτά τα γυροσκόπια ακριβέστερα", λέει ο Schleich.

Ο Arnaud Landragin, που εργάζεται για το HYPER στο Παρατηρητήριο του Παρισιού, λέει ότι πρέπει να είναι δυνατό να αντικατασταθούν οι ακτίνες με ένα κβαντικό ρευστό που καλείται συμπύκνωμα Bose-Einstein, το οποίο θα έχει το αποτέλεσμα που θέλει ο Schleich. "Στηρίζεται στις  ίδιες ιδέες αλλά  είναι πιο δύσκολο", λέει.

Το πρώτο βήμα θα είναι να αποκτηθεί το κβαντικό γυροσκόπιο και να λειτουργήσει στο έδαφος, λέει ο Landragin, αν και οι απαραίτητες προσαρμογές  μπορεί να μην είναι έτοιμες εγκαίρως για την πτήση του HYPER το 2010.