Fyzici dosiahli rekord meraním časového skreslenia na jednom milimetri

(kyslík/chvíľa/obrázky Getty)

Odvážte sa dostatočne blízko k a čierna diera a rýchlo sa naučíte, ako sila gravitácie deformuje samotnú štruktúru reality.

Tu na Zemi nie je účinok gravitácie na ohýbanie času ani zďaleka taký silný. Stále je to však merateľné. Ba čo viac, fyzici vytvorili nový rekord v opise vplyvu našej planéty na „látku“ vesmíru – urobili tak v milimetrovej mierke.

Je to míľnik, ktorý stojí za to venovať veľkú pozornosť. Priblíženie tak blízko k jemnej krivke základov reality by nám mohlo pomôcť vyriešiť jeden z najpálčivejších problémov celej fyziky.



Výskumníci z JILA, spoločného úsilia amerického Národného inštitútu pre štandardy a technológie a University of Colorado, použili špeciálne navrhnuté atómové hodiny na meranie načasovania svetelných vĺn oddelených 1 milimeter (asi 0,04 palca), výsledkom čoho je rozdiel rovný len na 0,76 milióntiny bilióntiny percenta.

Rozdiel bol výsledkom niečoho, čo sa nazýva gravitačný červený posun – jav spôsobený vplyvom gravitácie na frekvenciu dvoch identických vĺn v porovnaní s ostatnými.

Akokoľvek nepochopiteľne malá postava sa môže zdať, pre výskumníkov to nie je žiadne prekvapenie. Einsteinov všeobecná teória relativity koniec koncov predpovedá práve tento výsledok.

To, čo sa javí ako dve odlišné konštanty priestoru a času, je v skutočnosti jeden štvorrozmerný list, v ktorom leží vesmír. Kedykoľvek sa do nej potopí niečo s hmotnosťou, okolitý časopriestor zmení tvar.

Výsledok znamená, že dĺžka sekundy v blízkosti objektu – či už je to Zem, čierna diera alebo dokonca medúza – nebude rovnako dlhá ako sekunda ďalej.

Matematika je taká presná atak dôkladne otestované, môžeme predpovedať tento rozdiel na neuveriteľne malé vzdialenosti, aj keď je gravitačné zakrivenie také mierne ako na Zemi.

Musia sa tiež mýliť. Aspoň na malej úrovni.

Kvantová mechanika jeiná oblasť fyzikyktorý bol dôkladne testovaný. Jedným z menej intuitívnych dôsledkov je, že keď obmedzíte meranie jedného druhu, ostatné vlastnosti sa stanú v podstate menej presné.

Akokoľvek sú tieto dve monolitické oblasti fyziky spoľahlivé, nehrajú spolu dobre. Čas nie je taká centrálna v kvantovej mechanike tak, ako je v všeobecná relativita , na jednu vec.

Ešte dôležitejšie je, že ten bezšvový list časopriestorového zakrivenia vždy tak elegantnevšeobecná relativitaby bol nejasný neporiadok pod kvantovým mikroskopom kvôli problému s menej presnými vlastnosťami, ktoré sme už spomenuli. To by vytvorilo nočnú moru pre každého, kto hľadá spôsob, ako spojiť tieto dve myšlienky dohromady.

Čo potrebujeme, jenáznak zlyhania jednej z teórií, čo by mohlo znamenať zistenie, kde naše predpovede kolíšu na určitej úrovni.

Pred niečo vyše desaťročím sa výskumníkom podarilo zmerať rozdiel v relatívnej frekvencii svetla vyžarovaného atómami oddelenými zvislou vzdialenosťou niečo vyše 30 centimetrov (asi stopu).

V tejto novej štúdii, s použitím nového druhu dutiny na zvýšenie výkonu experimentu, sa výskumníkom podarilo stlačiť atómovú hustotu nadol o rádovo, čím sa výška znížila z centimetrov na hrsť milimetrov.

Do tejto komory vrazili 100 000 atómov stroncia, ktoré prinútili prakticky zastaviť odstránením čo najväčšieho množstva tepla.

Potom zmerali svetlo vyžarované z hornej a spodnej časti hromady atómov a upravili na akékoľvek účinky, ktoré nemali gravitačný charakter.

Po 92 hodinách sledovania týchto maličkých hodín mali priemer, ktorý vyzeral viac-menej ako výsledok očakávaný, keby bola všeobecná relativita pravdivá.

Tím nezverejnil prácu pre peer review zatiaľ, ale výsledky sú k dispozícii na predtlačový server arXiv aby sa niekto mohol pozrieť.

Stupeň rozdielu medzi emisiami s gravitačne červeným posunom bol taký malý, že predstavuje rekord v tom, aký jemný rozdiel dokážeme zistiť, čo nám dáva mieru tohto javu takmer 100-krát presnejšie ako čokoľvek, čo sme dosiahli v minulosti.

Nie je to presne výsledok, po ktorom túžime rúcať teóriu, ale je to lekcia o tom, ako môžeme zmenšiť technológiu na mieru potrebnú na nájdenie zlomov v dvoch najväčších fyzikálnych myšlienkach.

O Nás

Publikácia Nezávislých, Osvedčených Skutočností O Správach O Zdraví, Priestore, Prírode, Technológii A Životnom Prostredí.