นักวิจัยญี่ปุ่นใช้หอคอยโตเกียวสกายทรีพิสูจน์ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป

หนึ่งในแนวคิดจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปที่ถูกพิสูจน์อยู่บ่อยครั้ง
นั่นก็คือ Time Dilation หรือ การยืดหดของเวลา

เวลาที่ดำเนินไปของผู้สังเกตที่อยู่ใกล้แหล่งกำเนิดความโน้มถ่วงของวัตถุมวลมาก เช่น ดาวเคราะห์ ดาวฤกษ์ หลุมดำ เป็นต้น จะดำเนินไปช้ากว่าเวลาที่ดำเนินไปของผู้สังเกตที่อยู่ห่างออกไปจากแหล่งกำเนิดนั้น

การระบุพิกัดตำแหน่งบนผิวโลกโดยใช้ดาวเทียม หรือ GPS
ก็เคยหนึ่งในการทดลอง(และเคยเป็นปัญหา) ในการพิสูจน์แนวคิดนี้ด้วย

เวลาบนดาวเทียมที่อยู่ห่างจากโลกจะดำเนินไปช้ากว่าเวลาบนผิวโลก
ถึงแม้จะแตกต่างกันเพียงน้อยนิด แต่สร้างความแตกต่างการระบุตำแหน่งบนผิวโลกคลาดเคลื่อนได้หลายสิบหลายร้อยเมตรเลยทีเดียว
ภายหลังได้ปรับค่าเผื่อจนได้ระบบ GPS ที่แม่นยำมากขึ้นในปัจจุบัน

ใช้หอคอยโตเกียวสกายทรีเป็นสถานที่ทดลอง

นักวิจัยญี่ปุ่นจากศูนย์ RIKEN จะใช้นาฬิกา (Optical Lattice Clocks)
หรือนาฬิกาที่อาศัยปรากฏการณ์การแทรกสอดของแสงเลเซอร์
ที่มีความแม่นยำสูง 2 เครื่อง
สำหรับวัดความแตกต่างของเวลา ณ ความสูงที่ต่างระดับกัน
โดยเรือนหนึ่งติดตั้งไว้ที่ฐานของหอคอย
และอีกเรือนหนึ่งติดตั้งไว้ที่ความสูง 450 เมตร

Hidetoshi Katori หนึ่งในผู้นำวิจัยจาก RIKEN กล่าวว่า

“นาฬิกา Optical Lattice ของเราต่างจากเรือนอื่นตรงนี้สามารถเคลื่อนย้ายได้ (Transportable) ทำให้การทดลองในครั้งนี้สามารถจัดตั้งในสถานที่ใดก็ได้ ถือเป็นก้าวแรกที่สำคัญของนาฬิกาความแม่นยำสูง (Ultra precise)
และได้ก้าวสู่โลกแห่งความจริงมากขึ้น ไม่ได้อยู่แต่ในห้องปฏิบัติการอีกต่อไป”

นอกจากขนาดของนาฬิกาที่มีความเล็กลงจนสามารถเคลื่อนย้ายได้
ทีมวิศวกรยังเคลมอีกว่าการออกแบบนาฬิกา Optical Lattice นี้ได้คำนึงถึง
ความไวต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อมภายนอกเอาไว้ด้วย
เช่น การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ การสั่นสะเทือน สนามแม่เหล็ก สนามไฟฟ้า
ที่อาจเข้ามารบกวนระบบการทำงานของนาฬิกา

เป้าหมายสูงสุดของการทดลองในครั้งนี้ ไม่ได้ต้องการจะพิสูจน์ว่าทฤษฎีของไอน์สไตน์ถูกหรือผิดแต่เพียงอย่างเดียว และคาดว่าได้ผลสอดคล้องกับการทดลองอื่น ๆ ที่ผ่านมา แต่จะเป็นการทดสอบศักยภาพนาฬิกาความแม่นยำสูงนี้อีกด้วย

โดยหนึ่งในแนวคิดที่จะนำการทดลองนี้ไปประยุกต์ใช้ก็คือ
การใช้วัดความเปลี่ยนแปลงของระดับพื้นผิวโลกอ้างอิง
หากค่าที่วัดได้เปลี่ยนไปแสดงว่าเปลือกโลกมีการเคลื่อนที่ขึ้นลง
เช่น เปลือกโลกมีการเคลื่อนที่เปลี่ยนรูปอย่างผิดปกติ (Crustal deformation) หรือการคาดการณ์การปะทุของภูเขาไฟที่ยังคุกรุ่น (Active Volcanoes) ได้

Bottom line :
โตเกียวสกายทรี หรือ นิวโตเกียวทาวเวอร์ ตั้งอยู่ในเขตซุมิดะ กรุงโตเกียว
ถูกสร้างขึ้นมาทดแทนหอคอยโตเกียวเดิมที่มีความสูงเพียง 333 เมตร
เนื่องจากโตเกียวเป็นเมืองที่มีอาคารและตึกสูงมากมาย
ทำให้การกระจายสัญญาณคลื่นโทรทัศน์แบบดิจิตอลไม่ครอบคลุม

ในปี พ.ศ. 2551 จึงได้เริ่มการก่อสร้างหอคอยใหม่ หรือ โตเกียวสกายทรีขึ้น
จนแล้วเสร็จในปี พ.ศ. 2555 ความสูงรวม 634 เมตร
กลายเป็นสิ่งก่อสร้างที่สูงที่สุดในญี่ปุ่น และเป็นหอคอยที่สูงที่สุดในโลก

เรียบเรียงโดย Einstein@min

Sources:
[1] est of general relativity by a pair of transportable optical lattice clocks. Nature Photonics, 2020 : https://www.nature.com/articles/s41566-020-0619-8
[2] Scientists use the Tokyo Skytree to test Einstein’s theory of general relativity. phys.org, 2020 : https://phys.org/news/2020-04-scientists-tokyo-skytree-einstein-theory.html
[3] Tokyo Skytree. wiki, 2020 : https://en.wikipedia.org/wiki/Tokyo_Skytree

ติดตามผ่านช่องทางอื่น ๆ ได้ที่

แอพ Blockdit : https://www.blockdit.com/thaiscience
Instagram : https://www.instagram.com/thaisciencenews
Twitter : https://twitter.com/Thaiphys