Протягом часу не так постійно, як можна було б подумати - гравітація уповільнює його, тому годинник на поверхні Землі йде повільніше, ніж у космосі. Тепер дослідники виміряли протягом часу з різною швидкістю на відстані всього один міліметр.
Ідея про те, що на час впливає гравітація, вперше була запропонована Альбертом Ейнштейном в 1915 році в рамках його загальної теорії відносності.
Простір і час нерозривно пов'язані, і великі маси спотворюють тканину простору-часу своїм величезним гравітаційним впливом.
Це призводить до того, що час тече повільніше в міру наближення до великої маси, такої як планета, зірка або, в крайньому випадку, чорна діра. Це явище відоме як уповільнення часу.
На Землі уповільнення часу фактично означає, що час рухається швидше на великих висотах. Так, наприклад, на вершині Евересту час тече швидше, ніж на рівні моря.
Але це стосується і менших відстаней - хтось, що живе в квартирі на 10-му поверсі, буде старіти швидше, ніж хтось на першому поверсі, і навіть ваша голова старіє швидше, ніж ваша ноги.
Звичайно, відмінності протягом часу на цих відстанях настільки малі, що практично непомітні, але їх можна виміряти за допомогою атомного годинника, який дуже точно відраховують час, використовуючи надійне «тікання» атомів.
Порівнюючи атомний годинник на супутниках і літаках з наземними, вчені змогли виміряти уповільнення часу на відстанях до тисяч кілометрів. Але в новому дослідженні вчені з JILA виміряли уповільнення часу на найменшій поки відстані - всього один міліметр.
Щоб зробити цей вимір, команда використовувала атомний годинник, що складається з ультрахолодної хмари 100 000 атомів стронцію.
Дивіться також
Уповільнення часу при швидкості світла
12.01.2019
Чому час сповільнюється від гравітації і швидкості світла?
25.03.2018
«Тік» годин виходить від того, що атоми перемикаються між двома рівнями енергії і назад, що вони роблять з надзвичайно надійною частотою. Ретельно контролюючи ці енергетичні стани, вчені змогли змусити всі атоми в хмарі працювати в ідеальному унісоні протягом 37 секунд, що є рекордним часом.
У цьому атомному годиннику атоми були завантажені в оптичну решітку, яка укладає їх у кілька тонких шарів, як стопку млинців. Як тільки атоми почали тікати в унісон, вчені використовували надзвичайно точні методи візуалізації, щоб виміряти тікання у верхній частині стопки порівняно з нижньою.
І дійсно, вони виявили різницю між двома областями через уповільнення часу. Зсув частот був, звичайно, крихітним, всього 0, 00000000000000000001, але тим не менш, його можна було виміряти.
Вчені кажуть, що ця робота може не тільки допомогти зробити атомні годинники в 50 разів більш точними, ніж зараз, але і відкрити нові інструменти для дослідження таємниць фізики.
Зараз силу гравітації не можна пояснити з точки зору квантової фізики, але можливість виміряти її вплив у все менших і менших масштабах може розкрити її секрети і, можливо, виявити відсутній зв'язок між квантовою і класичною фізикою.
«Найважливіший і захоплюючий результат полягає в тому, що ми потенційно можемо пов'язати квантову фізику з гравітацією, наприклад, досліджуючи складну фізику, коли частинки розподіляються в різних місцях викривленого простору-часу», - сказав Джун Е, провідний автор дослідження.
«Можливість виміряти різницю в часі в такому найдрібнішому масштабі може дозволити нам виявити, наприклад, що гравітація порушує квантову когерентність, що може лежати в основі того, чому наш макромасштабний світ є класичним».
Дослідження опубліковано в журналі Nature. Вчені пояснюють свою роботу у відео нижче.