Glavni Novice Ultraprecizni eksperimenti z atomsko uro potrjujejo Einsteinove napovedi o času

Ultraprecizni eksperimenti z atomsko uro potrjujejo Einsteinove napovedi o času

Da bi ustvarili optične atomske ure, so raziskovalci v vakuumski komori ohladili atome stroncija na skoraj absolutno ničlo. Hlajenje je povzročilo, da so se atomi pojavili kot žareča modra krogla, ki lebdi v komori.

Da bi ustvarili optične atomske ure, so raziskovalci v vakuumski komori ohladili atome stroncija na skoraj absolutno ničlo. Hlajenje je povzročilo, da so se atomi pojavili kot žareča modra krogla, ki lebdi v komori. (Zasluge za sliko: Shimon Kolkowitz)

Z uporabo ene najnatančnejših atomskih ur na svetu so fiziki pokazali, da čas teče nekoliko počasneje, če svojo višino nad zemeljsko površino spremenite za pičlih 0,008 palca (0,2 milimetra) — kar je približno dvakratna širina kosa papirja. Ugotovitev je še ena potrditev Alberta Einsteinateorija relativnosti, ki napoveduje, da masivni predmeti, kot je naš planet, ukrivijo potek časa in povzročijo njegovo upočasnitev.

'Govorimo o merjenju spremembe v tem, kako tiktaka ura na ravni, ki je malo večja od človeškega lasu,' je dejal Tobias Bothwell, podiplomski študent fizike na JILA, ki ga vodi Nacionalni inštitut za standarde in tehnologijo ( NIST) in Univerza v Koloradu.

Leta 1915 je Einstein pokazal, da bo vse, kar ima maso, izkrivilo strukturo prostor-čas — učinek, ki ga občutimo kot gravitacijsko silo. Gravitacijo si lahko predstavljate kot zaviralec toka časa. Ta neverjetna ideja pomeni, da ure, ki so bližje Zemlji, tečejo počasi v primerjavi s tistimi, ki so dlje od nje – pojav, imenovan dilatacija časa .

Sorodno: 8 načinov, kako lahko vidite Einsteinovo teorijo relativnosti v resničnem življenju

Raziskovalci so že pokazali, da super natančne atomske ure na letalih tečejo občutno hitreje od tistih na tleh, piše v učbeniku. Eksperimentalni preizkusi narave časa (odpre se v novem zavihku)« (Fullerton College, 2020). Leta 2010 so znanstveniki postavili nov rekord z merjenjem prehoda čas z dvemaaluminijatomske ure, ki temeljijo na atomski uri, ločene po višini za približno 1 čevelj (33 centimetrov), pri čemer so ugotovili, da je višja tekla nekoliko hitreje, je dejal Bothwell.

Ta zadnja meritev je približno 1000-krat boljša, je dodal. 'Resnično smo presenetili, kako dobro lahko merimo frekvenco,' je dejal Bothwell.

Eksperiment je uporabil zbirko približno 100.000 atomi izotopa stroncija 87, ki se pogosto uporablja v atomskih urah, ohladimo na delček stopinje nad absolutno ničlo in postavimo v strukturo, znano kot optična mreža. Optična mreža uporablja sekajoče se žarke laserske svetlobe, da ustvari pokrajino vrhov in dolin, ki spominja na jajčno škatlo, kjer je vsak atom v zibelki v eni od dolin, v skladu z NIST .

VsakstroncijAtom niha naprej in nazaj in sam od sebe tiktaka v svoji dolini 500 trilijonov krat na sekundo, kot nihalo mikroskopske stare ure, kar ekipi omogoča merjenje delcev sekunde na neverjetnih 19 decimalnih mest, glede na članek iz leta 2018 v dnevnik Zbornik Nacionalne akademije znanosti (odpre se v novem zavihku).

Atomi stroncija v optični mreži so bili razporejeni v več plasteh, nekako kot kup palačink, je dejal Bothwell. S svetlenjem laserja na plasti so lahko on in njegovi kolegi izmerili, kako hitro se gibljejo atomi v vsaki plasti.

'Ko greste od zgoraj navzdol, vidite, da vsaka plast pleše nekoliko drugače, zahvaljujočgravitacija,' rekel je. Ugotovitve so bile objavljene 16. februarja v reviji Narava (odpre se v novem zavihku).

'Tovrstni eksperimenti z uro lahko osvetlijo naravo samega časa,' je dejal Mukund Vengalattore, neodvisni atomski fizik, ki ni bil vključen v delo.

To je zato, ker se atomi stroncija lahko postavijo v tako imenovano superpozicijo stanj, kar pomeni dve stanji hkrati, je dodal. Po navedbah kvantna mehanika , lahko delci obstajajo na dveh lokacijah (ali stanjih) hkrati, zato bodo prihodnji poskusi lahko postavili atom stroncija v superpozicijo, kjer se nahaja v dveh različnih 'palačinkah' hkrati, je dejal Vengalattore.

Z delcem na obeh mestih hkrati bi lahko ekipa nato izmerila potek časa na različnih točkah vzdolž superponiranega atoma stroncija, ki bi se spremenil zaradi različne gravitacijske sile, ki jo čuti. To bi moralo pokazati, da 'na enem koncu delca čas teče z eno hitrostjo,' je dejal Vengalattore. 'In na drugem koncu teče z drugačno hitrostjo.'

Ta neverjetno bizarna možnost je v središču razlike med kvantnim in klasičnim svetom, je dodal. Klasični predmeti, kot so teniške žogice in ljudje, ne morejo obstajati v superpozicijah, kjer se nahajajo na dveh mestih hkrati. Toda kje se zgodi prehod med kvantnim in klasičnim, ni jasno. S povečanjem razdalje med palačinkami bi lahko raziskovalci v bistvu poskrbeli, da bi delec postal vedno večji in potencialno videli, kdaj se preneha obnašati kot kvantni delec in bolj kot klasičen.

Takšni poskusi lahko fizikom omogočijo, da se približajo dolgo pričakovanim sanjam - teorija vsega to bi poenotilo Einsteinovo teorijo relativnosti, ki opisuje zelo veliko, s kvantno mehaniko, ki opisuje zelo majhno.

Medtem je trenutni eksperiment pomagal ekipi zamisliti načine za proizvodnjo atomskih ur, ki so še bolj natančne, je dejal Bothwell. Prihodnji instrumenti bi se lahko uporabili za merjenje majhnih razlik v masi Zemlje pod njimi, zaradi česar bi lahko bile ure uporabne za odkrivanje toka magme znotraj vulkanov, sprememb taline v ledenikih ali premikanja plošč skorje našega planeta, je dodal.

Prvotno objavljeno na Live Science .

Opomba urednika: Ta članek je bil posodobljen, da bi pokazal, da atomske ure na letalih delujejo občutno hitreje (ne 'počasneje') kot tiste na tleh.

Zanimivi Članki