Физики измерили гравитационное искривление времени с точностью до миллиметра

Течение времени не так постоянно, как вы могли бы подумать — гравитация меняет его. Чем она сильнее, тем медленнее будет идти время. Теперь исследователи смогли точнее, чем когда-либо прежде, измерить влияние гравитации на течение времени.

Идея о том, что на время влияет гравитация, впервые была предложена Альбертом Эйнштейном в 1915 году в рамках его общей теории относительности. Пространство и время неразрывно связаны, и большие массы искажают ткань пространства-времени своим огромным гравитационным влиянием. Это приводит к тому, что время течет медленнее по мере приближения к объекту с большой массой, например, к планете, звезде или черной дыре. Это явление известно как замедление времени, пишет New Atlas.

Здесь, на Земле, замедление времени фактически означает, что время движется быстрее на больших высотах. Так, например, на вершине Эвереста время течет быстрее, чем на уровне моря.

Конечно, различия в течении времени на этих расстояниях настолько малы, что незаметны, но их можно измерить с помощью атомных часов, которые очень точно отсчитывают время, используя надежное «тиканье атомов». Сравнивая атомные часы на спутниках и самолетах с наземными часами, ученые ранее измеряли замедление времени на расстояниях до тысяч километров. Но в новом исследовании ученые из JILA смогли измерить замедление времени на наименьшем расстоянии — всего один миллиметр.

Облако атомов стронция толщиной 1 мм, подвешенное в лазерной решетке, помогло физикам точнее, чем когда-либо прежде, измерить влияние гравитации на течение времени. Фото: R. Jacobson / NIST

Чтобы сделать это измерение, команда использовала атомные часы, состоящие из ультрахолодного облака 100 000 атомов стронция. «Тик» часов происходит от того, что атомы переключаются между двумя энергетическими уровнями, что они делают с чрезвычайно надежной частотой. Тщательно контролируя эти энергетические состояния, ученые заставили все атомы в облаке работать в идеальном унисоне в течение 37 секунд, что является рекордным показателем.

В атомных часах атомы были загружены в оптическую решетку, которая уложила их в несколько тонких слоев, как стопку блинов. Как только атомы начали «тикать в унисон», ученые стали измерять и сопоставлять результаты тиканья в верхней части стопки и нижней. Так они обнаружили разницу между двумя областями из-за замедления времени. Сдвиг частот был, конечно, крошечным, всего 0,00000000000000000001. Но сам факт того, что он был измерен, уже можно считать прорывом.

По словам исследователей, их работа может не только помочь сделать атомные часы в 50 раз более точными, чем сейчас, но и открыть новые инструменты для исследования тайн физики. В настоящее время сила гравитации не может быть объяснена с точки зрения квантовой физики, но возможность измерить ее влияние во все меньших и меньших масштабах может раскрыть ее секреты и, возможно, выявить недостающую связь между квантовой и классической физикой.