گفت و گو با دانشمند ايرانی ناسا درباره ساعت اتمی

شروين تقوی لاريجانی، دانشمند ايرانی شاغل در سازمان فضايی آمريکا، ناسا، از جوانان ايرانی است که در مدتی کوتاه توانسته است با طی مدارج علمی يکی از مخترعان و دانشمندان فضايی سرشناس در جهان شناخته شود.

شروين تقوی دانشمندی است که با متحول کردن ساعت اتمی اکنون در سازمان فضايی آمريکا، ناسا، در زمينه سنجش از راه دور کار می کند.

اين دانشمند جوان ايرانی در ساعت اتمی خود برای نخستين بار از دو ايزوتوپ اتم جيوه استفاده می کند که اگر بتوان ثابت کرد باندهای درونی آنها با زمان تغيير می کند، برای نخستين بار در تاريخ فيزيک وزن ذرات بنيادی تشکيل دهنده هسته اتم به صورت مستقيم محاسبه خواهد شد.

با اثبات اين که اين وزن با زمان تغيير می کند، برخی فرضيه های بزرگ فيزيک مثل فرضيه برابری انشتين با چالشی جدی رو به رو می شود.

در برنامه گفت و گوی ويژه اين هفته پای صحبت اين دانشمند جوان ايرانی نشسته ايم.

آقای تقوی، شما مخترع ساعت اتمی سازمان فضايی آمريکا (ناسا) هستيد. می توانيد يک مقدار از پيشينه علمی خودتان برای ما و مخاطبان راديو فردا بگوييد؟
شروين تقوی لاريجانی: من در سن شانزده سالگی اولين اختراعم را انجام دادم که از صوت به عنوان منبع انرژی استفاده می کند. شما می دانيد که در جو يا تمام زندگی ما منابع مختلف صوتی هستند که بعضی از اين منابع، صوت هايی هستند، فرکانس هايی هستند که ما حتی نمی توانيم بشنويم.

بعد از آنکه من در فرانسه فوق ليسانس گرفتم، رفتم به آمريکا در انستيتوی فناوری کاليفرنيا، کالتک، آنجا دکترايم را گرفتم که در آن چارچوب يک نوسانگر جديدی را اختراع کردم و نشان دادم که در اصل در تمام علوم مهندسی، و به طور کلی در علم، اين نوسانگرها می تواند به دو گروه تقسيم شود.

يک گروه جديدی از اينها را ارائه دادم که رساله من به عنوان يکی از بهترين رساله های دکترای تمام رشته های اين دانشگاه در آن سال ناميده شد.

بعد از آن رفتم به ناسا و در چارچوب ناسا به ارائه کردن و درست کردن يک ساعت اتمی جديد پرداختم که يکی از ايزوتوپ های اتم جيوه را استفاده می کرد.

اين ايزوتوپ اتم جيوه را تا به حال کسی استفاده نکرده بود و ما توانستيم باند فرکانس اين را صد ميليون دفعه دقيق تر از آن چيزی که تا الان شناخته شده بود درست کنيم.

در اصل دو گروه قبل از ما روی اين کار کرده بودند که در دهه های ۶۰ و ۷۰ بود در دوران جنگ سرد. يکی از اين گروه ها در شوروی سابق بود و يکی ديگر در فرانسه بود.

برای ما و شنونده های ما که اصولا از اين علم پيچيده فضا و اتم اطلاع چندانی ندارند بگوييد چه اهميتی دارد اين ساعت و اصولا در کجاها کاربرد دارد؟
اين کاری که ما کرديم يک ساعت اتمی جديد است که يک اتم جيوه جديد استفاده می کند. در کل می توانم بگويم که ساعت های اتمی برای کارهای علمی مثل قلب است برای بدن انسان. در تمام زندگی روزمره تان اثر دارد.

برای اينکه اين در اصل دقيق ترين ساعت است. عنصری است که به شما اجازه می دهد واحد زمان را به صورت خيلی ثابت و دقيق بتوانيد اندازه بگيريد.

مثلا الان همين مکالمه تلفنی که ما داريم می کنيم، چه از طريق کابل های نوری اتفاق بيافتد و چه از ماهواره، شما بايد همه اين ارتباطات را ميزان کنيد و برای همين به يک معيار زمانی خيلی منظم احتياج است.

مثلا هر چيز روزمره ما وقتی دو نفر يا دو عنصر با هم شروع به مکاتبه می کنند، در اصل بايد يک مرجع زمانی باشد که اين هر دو عنصر قبول کنند که اين را به عنوان مرجعيت زمان استفاده کنند و گرنه هيچ مکالمه ای بين دو عنصر نمی تواند اتفاق بيافتد. برای اين که يکی شان يک حرف را در يک زمانی می زند و يکی ديگر در زمان ديگر.

مثال. مثلا ساعتی که دست شما هست. فکر کنيد روز ۲۴ ساعت است. بعد از چند روز اين ساعت شما شايد يک دقيقه برود جلو و يا يک دقيقه بيايد عقب.

شما مرجع زمانی ديگری استفاده می کنيد که زمان ساعت تان را به نسبت آن کوک می کنيد. همينطور انسان به يک مرجع مطلق زمانی احتياج دارد که آنجاست که ساعت های اتمی را استفاده می کنند و در فناوری هايی مثل موشک و فضا، فناوری های تکنولوژی آن خيلی خيلی مهم است برای اينکه می شود قلب آن سيستم. در اصل آن مرجعی است که می توانم بگويم معيارهای زمانی مختلف که در شبکه های مهندسی مختلف استفاده می شوند، همه شان را به نسبت آن قفل می کنند. آن مرجع ثابت در اصل ساعت اتمی است.

اين ساعت اتمی يک ساعت مجازی الکترونيکی است يا اين که وجود خارجی هم دارد و قابل لمس است؟
نه. قابل لمس است. در اصل اسم ساعت که می آيد بعضی وقت ها قد يک آزمايشگاه است. در اصل کاری که می شود این است که شما يک اتم را به عنوان مرجع استفاده می کنيد. يعنی به صورت مشخص بگويم، ساعت اتمی ساعتی است که از فرکانس انتقال دو باند انرژی يک اتم به عنوان عنصر زمان استفاده می کند.

مثلا شما يک نوسانگر داريد يا يک فرکانس که چيزی است که به تعداد اندازه گيری دفعه هايی که يک رويداد تناوبی در واحد زمان اتفاق می افتد به صورت ثابت، اين را می آييم قفلش می کنيم روی يک باند به خصوص اتم که دقيق ترين و ثابت ترين چيزی است که انسان می شناسد.

يعنی به صورت خلاصه بگويم، يک مرجع زمانی انتخاب می کنيم که مخصوص بنيادترين جسمی است که در طبيعت است يا اتم يا هسته اتم و تمام نوسانگرها را به آن قفل می کنيم. اين است که به اين می گويند ساعت اتمی.

البته اين ساعت برای فناوری های بسيار پيشرفته و مدرن که واحد زمان در آنها بسيار تعيين کننده است، قابل استفاده است، يا نه؟
کاملا همين است. مثلا اين تکنولوژی که ما رويش کار کرديم دقيق ترين تکنولوژی در دنيا است. مثلا همين سيستم نظامی.

وقتی يک موشک می فرستيد بايد از دقت خيلی به خصوصی برخوردار باشد. يا سيستم های ماهواره ای مثل جی پی اس يا گلونس... اين ماهواره ها ساعت های اتمی دارند ولی اين ساعت هايی که ما درست کرديم، ثابت بودنش به مراتب بهتر از اين کاربردها است... اين برای ماهواره هايی است که می فرستند در مسافت خيلی دور، به خصوص حتی اگر بخواهند بفرستند دور از منظومه شمسی. در اين صورت مسافت مساوی است با سرعت، ضربدر زمانی که شما می خواهيد اين مسافت را طی کنيد.

شما فکر کنيد اين مسافتی که می خواهيد اندازه بگيريد، سرعت نور شايد ۲۴ ساعت، دو روز طول بکشد که اين را طی کند. اگر آن مرجع زمانی تان که ساعت اتمی است در اين فاصله يعنی در دو روز ثابت بودنش يک کوچولو حتی می توانم بگويم ده به منهای پانزده تکان بخورد، شما می توانيد حساب کنيد مسافتی که دارد حساب می کند، چقدر توی آن اشتباه است.

کاربرد ديگرش می توانم بگويم در فيزيک هسته ای است. برای اين که دفعه اول ما می توانيم دو ايزوتوپ يک اتم که اتم جيوه است در يک ساعت اتمی استفاده کنيم. برای دفعه اول ابتدايی ترين عنصرها که کوارتز است و تشکيل دهنده خود هسته اتم است، به صورت مستقيم اندازه بگيريد و در اين چارچوب آزمايش حتی می توانيم يکی از فرضيه های انتشتين را مورد تاييد يا تجديد نظر قرار بدهد.

کدام فرضيه منظورتان است؟
به انگليسی equivalence principle  است. فکر می کنم می شود «فرضيه برابری».

آقای تقوی می شود از شما بپرسم که چند سال داريد و در حال حاضر بر روی چه موضوعی در ناسا کار می کنيد؟
من الان سی و پنج سالم است. اين ساعت اتمی که کار کرديم سه سال طول کشيد. من هنوز يک مقدار کمی روی آن کار می کنم.

ولی کار اصلی من الان راجع به يک طرح جديد است که نمی توانم درباره آن الان صحبت کنم. ولی راجع به سيستم سنجش از راه دور است که می تواند اين سيستم را دگرگون کند و الان تحقيقاتم در اين چارچوب است.