Ход времени на Земле определяет гравитация. Соответственно, чем больше высота (и слабее гравитация), тем быстрее должны идти часы - во всяком случае, так должно быть по Эйнштейну и его общей теории относительности (ОТО). Знаменитую теорию регулярно "проверяют" разными способами, и всякий раз она подтверждается - при наличии очень точного хронометра.
Ученые постоянно совершенствуют приборы для измерения времени (в 2019 году пальму точности перехватили американцы, создав экспериментальные атомные часы на основе колебаний иона алюминия). Однако мало кто работает над размером таких часов, и тут на передний план вышли японцы. Для своего эксперимента со временем исследователи Токийского университета создали компактную версию атомных часов с трехмерными оптическими решетками - пока подобные часы официально считаются самыми точными приборами для измерения времени, до 18 знака после запятой.
Затем такой суперхронометр нужно разместить на очень большой высоте, где гравитация слабее, чем у поверхности Земли. Раньше для подобных экспериментов физики отправляли атомные часы в полет на самолетах и даже спутниках. Японские специалисты пошли иным путем: они разместили аппаратуру на верхних этажах телебашни Tokyo Skytree. Это самая высокая подобная конструкция в мире и второе по высоте здание мира (634 метра) после небоскреба "Бурдж-Халифа" (830 метров).
Аппаратуру разместили на первом этаже башни и на ее смотровой площадке, расположенной на высоте 450 метров. Полученные данные подтвердили, что на высоте время действительно идет чуть быстрее: из-за более слабой гравитации сутки становятся короче примерно на 4,3 наносекунды. За год набегает уже 1,6 микросекунды. Эйнштейн опять оказался прав (собственно, далеко не в первый раз).
Несмотря на непрактичность этих сведений для быта простых землян, эксперимент японцев имеет важное научное значение. Во-первых, специалистам Токийского университета впервые удалось создать компактный вариант атомных часов без потери точности: обычно такая аппаратура занимает около 20 кв. метров в лаборатории, тогда как японские "миниатюрные" часы помещаются в три контейнера шириной 44 см, длиной 64 см и высотой 30 см.
Во-вторых, небольшие размеры позволят использовать новые атомные часы в полевых условиях - например, для регистрации изменений гравитации в горах, близ вулканов или на дне океана. Такие данные помогли бы геологам больше узнать об изменениях, происходящих в земной коре.
Описание эксперимента и его результатов было опубликовано в журнале Nature Photonics.
Есть и более экзотические способы проверить теорию Эйнштейна: ранее "Вести.Наука" рассказывали о том, как ученые использовали для этого отгоревшие звезды и сверхмассивную черную дыру.