การบอกเวลาที่แม่นยำเป็นสิ่งจำเป็น แม้การปลุกให้เราตื่นทุกเช้าไม่จำเป็นต้องใช้ความแม่นยำมากมายนัก แต่การประสานการทำงานของหลายสิ่งหลายอย่าง เช่น การเดินทางทางอากาศของบรรดาเครื่องบินทั้งหลาย หรือเทคโนโลยีในการกำหนดตำแหน่งผ่านดาวเทียม (จีพีเอส) เช่นเดียวกับการนำร่องของการเดินทางในห้วงอวกาศ เป็นต้น
ปัญหาที่เกิดขึ้นก็คือ การบอกเวลาให้แม่นยำกลับเป็นความท้าทายทางเทคนิคที่มนุษย์ยังเอาชนะได้ไม่หมดจดนัก
นาฬิกาทุกเรือนเท่าที่มีอยู่ในโลกในเวลานี้ ยังคงความคลาดเคลื่อนอยู่ไม่มากก็น้อย นาฬิกาข้อมือของเราไม่ว่าจะใช้เทคโนโลยีใดในการบอกเวลา ก็ยังมีความคลาดเคลื่อนอยู่นั่นเองเนื่องจากการกำหนดการกระดิกของเข็มวินาทียังไม่แม่นยำเพียงพอ เมื่อผ่านไประยะหนึ่งเวลานับเป็นส่วนเสี้ยวของวินาทีจะหายไป
นาฬิกาที่ยอมรับกันว่าแม่นยำที่สุดเท่าที่โลกมีอยู่คือ “นาฬิกาอะตอม” ซึ่งวัดเวลาโดยอาศัยการตรวจนับการแกว่งตัวของอะตอมตัวหนึ่งๆ ซึ่งมีความแน่นอนสูงมาก ซึ่งทำให้นาฬิกาอะตอมกลายเป็นนาฬิกาที่บอกเวลาสำหรับการเทียบเคียงเวลาของทั่วโลก หรือเรียกได้ว่าเป็นผู้รักษาเวลา (ไทม์ คีปเปอร์) นั่นเอง
กระนั้น อะตอมมิค คล็อก หรือนาฬิกาอะตอม ดังกล่าวนี้ก็ยังไม่สมบูรณ์แบบ ยังคงมีความคลาดเคลื่อนอยู่แม้จะเพียงส่วนเสี้ยวก็ตามที ทำให้ความพยายามของนักวิจัยทั้งหลายที่จะหาหนทางสร้างนาฬิกาที่บอกเวลาได้แม่นยำมากขึ้นกว่าที่มีอยู่เดิม ยังคงเกิดขึ้นอยู่ตลอดเวลา
เมื่อวันที่ 24 กรกฎาคมที่ผ่านมา ทีมนักวิจัยชาวจีน จากสถาบันแห่งเซี่ยงไฮ้เพื่อกลไกละเอียดและทัศนศาสตร์ ในสังกัด สถาบันวิชาการด้านวิทยาศาสตร์แห่งจีน (ซีเอเอส) เผยแพร่รายงานความสำเร็จในการใช้งานนาฬิกาอะตอมแบบใหม่ที่บอกเวลาได้แม่นยำมากกว่าเดิมด้วยเทคโนโลยีที่เรียกว่า “โคลด์ อะตอมมิค คล็อก” โดยสามารถทำให้นาฬิกาอะตอมใหม่นี้ทำงานได้ในห้วงอวกาศได้นานกว่า 15 เดือน บนสถานีอวกาศเถียนกง-2 ของจีน สถานีอวกาศซึ่งในเวลานี้ไม่มีการใช้งานแล้ว
นาฬิกาอะตอมแบบเย็น ซึ่งทำงานโดยการใช้เลเซอร์ทำให้อะตอมเย็นลงจนใกล้เคียงกับอุณหภูมิศูนย์องศาสัมบูรณ์ ก่อนที่จะวัดการแกว่งตัวของอะตอมเพื่อใช้เป็นตัวบอกเวลา วิธีการนี้สามารถบอกเวลาได้แม่นยำกว่านาฬิกาอะตอมธรรมดา เนื่องจากในสภาพอุณหภูมิเย็นจัดนั้น การแกว่งตัวของอะตอมซึ่งจะเป็นตัวกำหนดการเคลื่อนของเข็มวินาทีนั้นจะ “คงที่” มากกว่าในสภาวะอุณหภูมิปกติ
แต่การทำให้อะตอมอยู่ในสภาพเย็นจัดดังกล่าวนั้นทำได้ยากมากบนโลก อย่าว่าแต่จะดำเนินการในสภาพพื้นที่จำกัดอย่างเช่นในสถานีหรือยานอวกาศเลย
ภาวะ “คงที่” กว่าของการแกว่งตัวของอะตอมในระบบอะตอมเย็นนั้นเกิดขึ้นได้เพราะอะตอมเหล่านั้นไม่มีปฏิกิริยากับสิ่งใดๆ เลย บนโลกจะทำได้ก็ต่อเมื่อเราใช้วิธีหนึ่งวิธีใด “สะกิด” อะตอมเหล่านั้นอยู่ตลอดเวลาขณะที่ตัวอะตอมตกลงมาโดยอิสระ เพื่อให้สามารถตรวจวัดแล้วนำมากำหนดเป็นตัวบอกเวลาได้
ก่อนหน้านี้มีนักวิจัยเคยสามารถทำให้อะตอมเย็นจัดก่อนที่จะตกลงมาโดยอิสระได้ แต่จำเป็นต้องให้ชุดอุปกรณ์ทั้งหมดต้องตกลงพร้อมกันไปด้วย ซึ่งคล้ายๆ กับว่าจำเป็นต้องโยนชุดอุปกรณ์ทั้งหมดขึ้นแล้วปล่อยให้ตกลงมาอย่างอิสระ ซึ่งจำกัดเวลามาก อย่างเช่นการทิ้งลงมาจาก “ดร็อป ทาวเวอร์” หรือการทดลองในการบินแบบพาราโบลิค ซึ่งมีเวลาเพียงไม่กี่วินาที เรื่อยไปจนถึงการใช้จรวด ซึ่งก็ได้เวลาเพียงไม่กี่นาทีเท่านั้นเอง
การทดลองในห้วงอวกาศจึงมีข้อได้เปรียบมากกว่า เพราะสามารถตรวจจับการแกว่งตัวได้นานกว่ามาก เนื่องจากในสภาวะเหมือนไร้น้ำหนัก อะตอมจะอยู่กับที่นานกว่า สามารถตรวจวัดได้นานกว่านั่นเอง
แต่ความยากจะอยู่ที่ขนาดของนาฬิกาอะตอมในอวกาศจำเป็นต้องเล็กกว่าบนโลกมาก นอกจากนั้นยังจำเป็นต้องทนทานสูง ต้องผ่านการทดสอบหลายครั้งเพื่อให้แน่ใจว่าสามารถรองรับการส่งขึ้นสู่ห้วงอวกาศได้ และยังคงทำงานได้ในสภาพใกล้กับสภาวะไร้น้ำหนักและต้องป้องกันรังสีคอสมิคได้อีกด้วย
ทีมนักวิจัยขององค์การอวกาศแห่งยุโรป (อีเอสเอ) เคยประกาศว่า สามารถทำนาฬิกาด้วยเทคนิค “โคลด์ อะตอมมิค คล็อก” เช่นเดียวกับของจีนได้ แต่มีความแม่นยำ (ในทางทฤษฎี) สูงกว่า
อย่างไรก็ตาม นาฬิกาอะตอมเย็นของอีเอสเอ จนถึงขณะนี้ก็ยังไม่มีกำหนดถูกส่งขึ้นสู่ห้วงอวกาศแต่อย่างใด
