Физики установили новый рекорд по измерению искажения времени на миллиметр

Миллиметр может показаться не таким уж большим. Однако даже небольшое расстояние может вызвать изменение времени.

Согласно теории гравитации Эйнштейна и общей теории относительности, часы идут тем быстрее, чем дальше вы находитесь от Земли или любого другого массивного объекта. Теоретически это должно быть верно даже при небольших изменениях высоты часов. Теперь исключительно чувствительные атомные часы зафиксировали ускорение в миллиметровом образце атомов, что указывает на меньшую разницу в высоте, чем наблюдалось ранее. Согласно недавнему исследованию, время течет немного быстрее в верхней части выборки, чем в нижней.

В исследовании физик Джун Йе из JILA в Боулдере, штат Колорадо, и его коллеги использовали часы на 100000 атомов сверххолодного стронция. Эти атомы были расположены в сетке, что означало, что они сидели на разной высоте, как если бы они стояли на ступенях лестницы. Разница была обнаружена после определения того, как частота сдвигается на определенных высотах.

Это различие было связано с гравитационным красным смещением, которое было вызвано влиянием гравитации на частоту двух идентичных волн по сравнению друг с другом. Так что это число не сильно удивило исследователей, каким бы маленьким оно ни казалось.

Вселенная существует в едином четырехмерном листе, состоящем из этих двух независимых констант пространства и времени. Когда что-то с массой попадает в пространство-время, оно меняет свою форму.

Следовательно, продолжительность секунды около объекта, такого как Земля, отличается от длины секунды на расстоянии. Даже когда гравитационное отклонение такое же слабое, как кручение Земли, расчеты точны и достаточно хорошо проверены, чтобы предсказать эту разницу на очень коротких расстояниях.

Однако есть вероятность, что это не совсем правильно. Квантовая механика — еще одна область физики, которая тщательно исследована. Одно из следствий этого состоит в том, что ограничение одного типа измерения снижает точность других характеристик. Две монистические системы физики, насколько на них можно положиться, несовместимы. Во-первых, время в квантовой физике не так важно, как общая теория относительности.

По сути, цельный лист пространства-времени, который очень мягко искривляется общей теорией относительности, был бы в беспорядке под квантовым микроскопом из-за очевидной проблемы с менее специфическими свойствами, описанными выше. Любой, кто ищет способ объединить две идеи, столкнется с дилеммой. Следовательно, нам нужны доказательства того, что любая из гипотез неверна, что может потребовать знания того, где наши прогнозы ошибаются.

Несколько лет назад исследователи зафиксировали сдвиг относительной частоты света, излучаемого атомами, расположенными на расстоянии чуть более 30 сантиметров по вертикали.

Исследователи уменьшили атомную плотность на порядок, используя уникальную полость, чтобы повысить надежность эксперимента, уменьшив высоту с сантиметров до нескольких миллиметров. Затем они ввели в камеру 100000 атомов стронция, и остановили это, отводя как можно больше тепла.

Затем они скорректировали любые негравитационные эффекты, измерив свет, излучаемый сверху и снизу стопки атомов. В результате они получили среднее значение, близкое к ожидаемому, если бы общая теория относительности была точной после 92 часов просмотра этих миниатюрных часов.

Разница между гравитационным красным смещением излучения была настолько мала, что установила новый рекорд для малейшего изменения, которое можно было обнаружить, давая нам возможность измерить процесс, который был в 100 раз точнее, чем что-либо когда-либо зарегистрированное.

Это не сложный для теории результат, а урок того, как сократить масштабы технологий до уровня, необходимого для преодоления слабых мест в двух фундаментальных концепциях физики.

Исследование еще не отправлено на экспертную оценку; Однако результаты доступны в arXiv.