Физиците измерват гравитационното изкривяване на времето с точност до един милиметър

Сподели

Потокът на времето не е толкова последователен, колкото си мислим – гравитацията го забавя, така че часовниците на повърхността на Земята тиктакат по-бавно от тези в космоса. Сега изследователите са измервали времето, преминаващо с различни скорости само на един милиметър, най-малкото разстояние досега.

Идеята, че времето ще бъде повлияно от гравитацията, е предложена за първи път от Алберт Айнщайн през 1915 г., като част от неговата обща теория на относителността. Пространството и времето са неразривно свързани и големи маси изкривяват тъканта на пространството-времето със своето огромно гравитационно влияние. Това води до по-бавно преминаване на времето по-близо до голяма маса като планета, звезда или, в най-екстремния пример, черна дупка. Това явление е известно като дилатация на времето.

Тук, на Земята, забавянето на времето ефективно означава, че времето се движи по-бързо на по-високи височини. Така например времето минава по-бързо на върха на Еверест, отколкото на морското равнище, но важи и за по-малки разстояния – някой, който живее в апартамент на 10-ия етаж, ще остарява по-бързо от някой на първия етаж, а главата ви старее по-бързо от вашата крака.

Разбира се, разликите в протичането на времето през тези разстояния са толкова малки, че са незабележими, но те могат да бъдат измерени с помощта на атомни часовници, които отчитат времето много прецизно, използвайки надеждните отметки на атомите. Сравнявайки атомните часовници на спътници и самолети с тези на земята, учените са успели да измерят забавянето на времето на разстояния до хиляди километри. Но в ново проучване изследователите от JILA са измервали дилацията на времето на най-малкото разстояние досега – само един милиметър.

За да направи това измерване, екипът използва атомен часовник, съставен от ултрастуден облак от около 100 000 атома на стронций. „Цитакането“ на часовника идва от превключването на атомите напред-назад между две енергийни нива, което те правят на изключително надеждна честота. Чрез внимателен контрол на тези енергийни състояния, екипът успя да накара всички атоми в облака да тиктакат в перфектен унисон за 37 секунди, рекордно време.

В момента силата на гравитацията не може да бъде обяснена от гледна точка на квантовата физика, но възможността да се измери нейните ефекти във все по-малки и по-малки мащаби може да отключи нейните тайни и може би да разкрие липсващата връзка между квантовата и класическата физика.

В този конкретен атомен часовник атомите бяха заредени в оптична решетка, която ги подрежда на няколко тънки слоя като купчина палачинки. След като атомите започнаха да тиктакат в унисон, учените използваха изключително прецизни техники за изобразяване, за да измерят тиктакането в горната част на стека в сравнение с дъното.

И разбира се, те откриха разлика между двата региона, поради забавянето на времето. Промяната в честотите, разбира се, беше малка, само 0,00000000000000000001, но беше измерима.

Екипът казва, че тази работа не само би могла да помогне да се направят атомните часовници 50 пъти по-прецизни, отколкото са сега, но може да отвори нови инструменти за изследване на мистериите на физиката. В момента силата на гравитацията не може да бъде обяснена от гледна точка на квантовата физика, но възможността да се измери нейните ефекти във все по-малки и по-малки мащаби може да отключи нейните тайни и може би да разкрие липсващата връзка между квантовата и класическата физика.

„Най-важният и вълнуващ резултат е, че можем потенциално да свържем квантовата физика с гравитацията, например, сондиране на сложна физика, когато частиците се разпределят на различни места в извитото пространство-време“, каза Джун Йе, водещ автор на изследването. „Възможността да измерим разликата във времето в такава минутна скала може да ни позволи да открием, например, че гравитацията нарушава квантовата кохерентност, което може да е в основата на това защо нашият макромащабен свят е класически.

Изследването е публикувано в списанието природата. Екипът обяснява работата във видеото по-долу.

Айнщайн, време и много малки неща – с Джун Йе

Източник: NIST



Публикациите се превеждат автоматично с google translate


Сподели