Mennesket har altid målt tiden, og i takt med civilisationens og teknologiens udvikling er denne måling blevet endnu mere vigtig og præcis end tidligere.
Her kommer atomuret ind: Et ur der i dag kun taber et sekund på tre milliarder år. Og som forskerne forsøger at gøre endnu mere præcis.
- Atomuret kan nemlig måle de mindste forandringer i universets størrelser, og målingerne kan teste naturlovene, forklarer Jan Thomsen, der er lektor i fysik på Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet.
Atomuret bygger på den kvantemekaniske metode, som blandt andre danskeren Niels Bohr kom med for 100 år siden. Se videoen øverst i artiklen.
Jordens tyngdefelt fortæller om undergrunden
Ved at kunne måle så præcist som de nyeste atomure kan, kan forskerne blandt andet teste den teori, som store dele af fysikken er baseret på, og det åbner for helt nye forskningsfelter inden for videnskaben.
Man vil blandt andet begynde at kunne kortlægge tyngdefeltet på Jorden - geoiden - med stor præcision ved at sammenligne to atomure placeret forskellige steder på Jorden.
- På den måde vil vi kunne måle hvilke stoffer, der befinder sig i undergrunden fx olie, gas og guld, da undergrundens komposition indvirker på geoiden, det lokale tyngdefelt, siger Jan Thomsen.
En forskydning på blot 10 cm i tyngdefeltet modsvarer fx en fraktionel ændring af urets tigrade på 10 i minus 17 (0,00000000000000001), for atomure går hurtigere, jo højere i tyngdefeltet, de befinder sig.
Holder Einsteins teori?
Forskerne kan også begynde at se, om forudsigelserne af den generelle relativitetsteori holder stik, altså findes der gravitationsbølger i rummet?
Gravitationsbølger bør findes fra tunge dobbeltstjerne-systemer, der roterer omkring hinanden.
- De bølger vrider og trækker ifølge Einsteins teori i længdeskalaen hernede på Jorden. Og med en meget præcis længdemåling - det vil sige en meget præcis tidsmåling - kan det blive det første direkte bevis for gravitationsbølgernes eksistens, siger Jan Thomsen.
Test af naturlovene
Men måske er det allermest interessante, at man vil kunne teste standardmodellen.
Holder vores teorier om naturlovene? Driver vores naturkonstanter i tiden? Atomure er nemlig meget følsomme over for ændringer i naturkonstanterne.
Så ved at sammenligne to atomure placeret på forskellige atomer vil man fx kunne teste om finstrukturkonstanten eller forholdet mellem elektronen og protonens masse ændrer sig i tiden, siger Jan Thomsen.
- Og måske vil resultatet være revolutionerende for finstrukturkonstanten spiller en kolossal stor rolle for vores naturbillede, idet den dikterer, hvordan lys og materier vekselvirker. Altså hvordan vi helt fundamentalt opfatter fysikken, siger Jan Thomsen.
Ultra meget mere præcise atomure
Fremtiden for atomurenes præcision ser lys ud. I dag arbejder forskerne med nye og meget hurtige elektroner, der svinger med en frekvens på 1 million gang hurtige end det atom cæsium - som man ellers bruger i atomuret.
Med andre ord deler nye atomure sekundet op i bidder, der er en million gange mindre end cæsium-atomet.
- Det svarer til at gå fra tidsskridt med uger til tidsskridt af sekunder, siger Jan Thomsen.
-Måske vil vi kunne øge præcisionen af atomure med en faktor 10 inden for de næste få år. Og det kan dermed danne basis for yderligere forskning: ny viden om os selv, vores verden og universet omkring os, siger Jan Thomsen.
Hør mere om atomuret i videoen øverst i denne artikel.