Самые точные атомные часы проверят, был ли прав Эйнштейн
Общая теория относительности Эйнштейна, представленная в 1915 году, объясняет крупномасштабные эффекты, такие как влияние гравитации на время, и имеет важные практические приложения, такие как использование в спутниковой навигации GPS. Хотя этой теории уже более ста лет, физики по-прежнему очарованы ею и всячески проверяют правоту ее предсказаний, так как это может помочь лучше понять те процессы, что происходят в нашей Вселенной.
Ученые Национального института стандартов и технологий (NIST) использовали атомные часы в качестве датчиков для самого точного на сегодняшний день измерения эффекта замедления времени при увеличении скорости объекта. Физики надеются, что этот эксперимент поможет найти связующее звено между ОТО и квантовой механикой, и помочь, наконец, создать общую теорию для описания физических процессов в макро- и микромире.
Согласно общей теории относительности, атомные часы на разных высотах в гравитационном поле должны тикать с разной скоростью. Частота излучения атомов уменьшается — смещается в сторону красного конца электромагнитного спектра — при наблюдении в условиях более сильной гравитации, ближе к Земле. То есть часы тикают медленнее на более низких высотах. Этот эффект уже был продемонстрирован не один раз: например, физики NIST измерили его в 2010 году, сравнив двое независимых атомных часов, одни из которых были расположены на 33 сантиметра выше другого.
Исследователи JILA измерили частотные сдвиги между верхними и нижними часами из примерно 100 000 ультрахолодных атомов стронция, загруженных в оптическую решетку необычной конструкции. Эта конструкция уменьшает искажения в решетке, обычно вызываемые рассеянием света и атомов, гомогенизирует образец и расширяет испускаемые атомами волны.
Измеренное красное смещение в атомном облаке было крошечным и составило примерно 10-19, что соответствовало прогнозам. (Хотя эти различия слишком малы для непосредственного восприятия людьми, они в совокупности оказывают значительное влияние на Вселенную, а также на такие технологии, как GPS.) После 90 часов обработки данных исследователи смогли получить удивительные результаты: они добились точности, которая в 50 раз выше, чем в любом подобном эксперименте, проводимом ранее. На сегодняшний день это самое точное измерение эффектов, предсказанных ОТО. И да, теория Эйнштейна и тут оказалась верной.
Пара атомных часов позволили физикам в очередной раз показать, что теория Эйнштейна верна даже при самом пристальном рассмотрении