Връзката между теорията на относителността и квантовата механика е черна кутия за света на физиката от десетилетия. Това отчасти произтича от трудността при събирането на данни за системите, които взаимодействат между двете. Относителността е сферата на свръхмасивното, докато квантовата механика може да се опише най-добре като сферата на микроскопичното.
Но всъщност има една конкретна област, където те се припокриват. Един от резултатите на относителността е, че гравитацията може да повлияе на течението на времето.
Обикновено известен като „забавяне на времето“, този ефект сега е изследван от изследователи от Националния институт по стандарти и технологии (NIST) в САЩ, използвайки изключително точен атомен часовник.
Самото забавяне на времето е добре установена концепция. Не за първи път инженерите на NIST я доказват с помощта на атомни часовници . Концептуално забавянето на времето означава, че самата гравитация забавя времето. Така обект, който изпитва висока гравитация, ще изпита по-малко време.
Един от най-известните примери за концепцията вероятно е показан във филма Interstellar. Героите се озовават в пуст свят, търсейки изследовател, който е преживял само няколко часа на повърхността на планетата, докато годините минават на Земята. В случая на филма това забавяне на времето се дължи на високата гравитация, причинена от черна дупка близо до планетата, но същите ефекти могат да се видят за минута дори тук на Земята.
В миналото учените от NIST са доказали това чрез измерване на забавянето на времето на два атомни часовника, поставени един върху друг на само 33 см помежду им. Дори и при такова малко разстояние могат да се открият забележими промени в гравитацията. Сега за следващия си номер те намаляват това разстояние само до един милиметър.
Наличието на два отделни атомни часовника, които са близо един до друг, е физически невъзможно, така че д-р Джун Йе и неговият екип измислят нов, който да се използва специално в този експеримент. Обикновено тези устройства използват вибрацията на определен тип атом за отчитане на времето. Самата дефиниция на секундата се основава на вибрациите на цезиевия атом.
Изследователите са използвали структура, известна като "оптична решетка", която съдържа около 100 000 отделни стронциеви атома в определена структура. Важно е, че те също така разработват система за изображения, която може да следи отблизо горната и долната част на решетката. Разстоянието между горната и долната част на оптичната решетка е само един милиметър, което го прави най-малкото разстояние, наблюдавано някога в този тип експеримент.
Кредит: NIST YouTube канал
Все пак е измерена видима разлика във времето в горната част на решетката спрямо долната. Тя е само 0,000000000000000001 секунди, но учените определено могат да я измерят. Това е в съответствие с очакванията според Общата теория на относителността.
Доказването на теория, която вече е била доказана десетки пъти преди, обаче не е единственият резултат от експеримента.
Техниката, която изследователите са използвали, насочва към потенциалната конструкция на часовник, който е 50 пъти по-точен от всеки съществуващ днес. Това може да изглежда излишно, тъй като повечето атомни часовници са повече от достатъчни за измерване на всичко в нашия макро свят.
Но в мащаба на квантовата механика самото време губи смисъла си, тъй като леките разлики в гравитацията на минимални разстояния са объркващ фактор. По-точните часовници биха могли потенциално да изследват тези малки разстояния по начин, който никога досега не е бил възможен, и този нов атомен часовник, базиран на „атомен облак“, може да бъде един от начините да се направи.
Все още е необходимо подобрение на точността с порядък, преди да могат да се провеждат подобни експерименти. Но работата продължава, а по-добрите атомни часовници биха могли да проправят пътя към отключването на една от най-големите мистерии на физиката.
Източник: Atomic Clocks Separated by Just a few Centimetres Measure Different Rates of Time. Just as Einstein Predicted, Universe Today
Още по темата
Физика
Свръхпрецизен часовник печели Breakthrough Prize за физика от 3 млн долара
Физика
Точността на часовниците може да е обвързана с ентропията, която създава
Физика
Първият атомен часовник в света за търговска продажба е демонстриран на тази дата през 1956 г.
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари