TARDÍGRADOS

Ciencia en español -ʟᴀ ʀᴀᴢóɴ ᴇsᴛá ᴀʜí ғᴜᴇʀᴀ-

Posts Tagged ‘bobinas anti-Helmholtz’

Demostración, mediante un reloj atómico de fuente de Cesio, de que la dilatación del tiempo predicha por la relatividad de Einstein es una falacia y por lo tanto no existe

Posted by Albert Zotkin en octubre 11, 2012

Definición de segundo:

Un segundo es igual a la duración de 9192631770 periodos de la radiación correspondiente a la transición entre dos niveles hiperfinos del estado fundamental del isótopo 133 del átomo de Cesio (\; \mathrm{{}^{133}Cs}\;) , a una temperatura de \mathrm{0^\circ\; K}“.

Pregunta. ¿Qué ocurre con esa definición si, por la causa que sea, se demuestra que los dos niveles hiperfinos se acercan o se alejan, resultando transiciones más cortas o más largas?. La respuesta es obvia, ocurrirá que un segundo, desde esa definición, podrá durar más o menos, dependiendo de si actuan o no esas causas o el grado en que actuan. Pues bien, es muy fácil demostrar experimentalmente que los niveles y subniveles hiperfnos se expanden o se contraen según estén situados los átomos respectivos dentro de un campo gravitatorio. Más concrétamente si el potencial gravitatorio es más pequeño (más cercano a cero), entonces las transiciones hiperfinas son más largas, y eso significa que la energía de los fotones emitidos es mayor, y por lo tanto la frecuencia de esos fotones. Ese ligero aumento de la frecuencia implica que, según la definición de segundo, un segundo durará más si es contado correctamente, pero si sólo cuentas 9192631770 periodos, los periodos restantes se acumularán en el siguiente segundo, así sucesivamente. Es decir la frecuencia de reloj aumenta cuando disminuye el potencial gravitatorio, y eso significa que un reloj atómico de esas características, adelantará respecto a otro situado a mayor potencial.
Resulta pues más que evidente que, por ejemplo, los relojes atómicos instalados en la constelación de satélites del sistema GPS, adelantan ligeramente, cuando están en órbita, y los relojes atómicos en la superficie terrestre atrasan respecto a ellos. Eso implica que la dilatación del tiempo predicha por la relatividad de Einstein es simplemente una falacia, no existe.
Pero, ¿cómo funciona un reloj atómico de fuente de Cesio?. Captura: Los átomos de Cesio son capturados y enfriados en una trampa magneto-óptica. Los átomos de Cesio están presentes en estado gaseoso dentro de la cámara de vacío. Cuando un átomo de Cesio es intersectado por los rayos laser, este átomo se enfría, que se evidencia reduciendo su velocidad, enfriándose hasta unos pocos µK (microkelvins).
Al mismo tiempo se aplica un gradiente de campo magnético mediante bobinas de anti-Helmholtz. El gradiente de campo magnético y los haces de laser enfriadores dan lugar a una fuerza de captura. Todas estas fuerzas y efectos son aplicados simultáneamente para retener a 109 átomos dentro de un volumen esférico de 2 mm de diámetro en el centro de la trampa.
Lanzamiento: Una vez capturados, los átomos son lanzados hacia arriba. Se desactiva el campo magnético, y la nube de átomos se lanza hacia arriba mediante dos pares de haces de rayos laser. Los átomos adquieren entonces velocidades de entre 2 a 5 metros por segundo. Durante el ascenso por los haces de rayos, los átomos son enfriados aún más, hasta aproximadamente unos 2 µK.
Preparación: Los átomos son bombeados hasta el nivel superior de la transición de reloj. Los átomos pueden cambiar niveles de energía mediante la absorción o emisión de luz con una frecuencia muy cercana a la propia de resonancia. En su vuelo hacia arriba, los átomos pasan a través de un haz de rayos laser con una frecuencia próxima a una de las frecuencias de resonancia del Cesio. Algunos átomos experimentarán una transición entre niveles de energía, ya que todos átomos estaban en el mismo nivel energético, f=4, m_F=0, antes de entrar en la cavidad de microonda.
Interrogación: Los átomos siguen trayectorias como las del agua de una fuente, pasando a través de la cavidad de microondas dos veces. Los átomos siguen y pasan a través de la cavidad de microondas en vuelo libre sobre ella unos 0.5 segundos, y después son atraídos hacia abajo por la fuerza de la gravedad. Durante una de las pasadas por la cavidad, los átomos interactúan con microondas de frecuencia 9192631770 Hz. Después de pasar por la cavidad por segunda vez (en su camino de caida hacia abajo), casi todos los átomos han hecho ya la transición hacia el estado f=3, m_F=0.
Detección: Por debajo de la cavidad de microondas, los átomos descendientes son guiados mediante varios rayos laser. Estos rayos laser provocan en los atomos cambios de estado y fluorescencia (emiten luz). Los fotones de la fluorescencia son detectados por un fotodiodo y se usan para construir la señal de reloj. Cuando todos los átomos han experimentado la transición hacia el estado requerido, la señal alcanza su máximo. La intensidad de la señal se usa para corregir la frecuencia de las microondas en la cavidad. Después, el ciclo de la fuente se repite.

Pero, volviendo al punto que nos interesa, a saber, el de las falacias de la relatividad de Einstein. Una vez que sabemos que no existe dilatación del tiempo, sino sólo dilatación o contracción de los niveles hiperfinos de energía. ¿Cómo podemos cuantificar dicho efecto desde la Relatividad Galileana Completa?. Veamos. A una altura h desde la superficie terrestre, el potencial gravitatorio vale

\displaystyle \phi' = -\frac{GM}{(r+h)}

donde r es el radio de la Tierra. Y el potencial en la superficie terrestre es, lógicamente

\displaystyle \phi = -\frac{GM}{r}

Por lo tanto, la diferencia de potencial será

\displaystyle \Delta \phi = \phi' - \phi = -\frac{GM}{(r+h)}+\frac{GM}{r} \\ \\ \\ \displaystyle \Delta \phi = \frac{GM}{\frac{r^2}{h} + r}

Por lo tanto, si la frecuencia de resonancia es \nu en la superficie terrestre, la frecuencia de resonancia a una altura h será ligeramente mayor,

\displaystyle \nu' = \nu \exp \left (\cfrac{GM}{c^2 (\frac{r^2}{h} + r)} \right )

Esta es la corrección que los defensores de la Relatividad General afirman que se debe a las correcciones de la dilatación relativista del tiempo en los relojes atómicos del GPS. Es decir, que un reloj atómico a una altitud estacionaria h correría más rápido que un reloj en la superficie terrestre. La disputa está en la causa de ese efecto, no en el hecho de que corra más rápido o no.

Si un reloj de Cesio tiene una frecuencia de resonancia de \nu=9192631770 \;\mathrm{Hz} en la superficie terrestre. A una altitud de h =20200 \; \mathrm{km}, siendo el radio de la Tierra r=6400 \;\mathrm{Km}, tendremos

\displaystyle \nu' = \nu \exp \left (\cfrac{GM}{c^2 (\frac{r^2}{h} + r)} \right ) = 9.19263177483756 \times 10^9 \; \mathrm{Hz}

Esto significa un desplazamiento de

\displaystyle z= \cfrac{\nu' -\nu}{\nu} = 5.26243 \time 10^{-10}

o lo que es lo mismo, 45 µs/día (microsegundos/día), que está en perfecto acuerdo con lo que se calcula desde la Relatividad General.
Todo esto implica, que podemos evitar usar la complicada Relatividad General para calcular esta clase de efectos y otros, y usar la menos complicada Relatividad Galileana Completa, la cual ofrece las mismas predicciones para las magnitudes medibles, y sus cálculos resultan incluso más precisos.

Posted in Relatividad | Etiquetado: , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , | 6 Comments »

 
A %d blogueros les gusta esto: