Сверхточные атомные часы нового поколения помогли выяснить, что принципы относительности пространства и времени, разработанные Энштейном, выполняются и на привычных для человека масштабах физических величин, сообщается в статье, опубликованной в пятницу в журнале Science.
Авторы статьи, исследователи из Национального института стандартов и технологий (США), сумели показать, что для человека, живущего на втором этаже многоэтажного дома, из-за эффекта пониженной гравитации время жизни течет немного быстрее, чем для того, который живет на первом этаже. Аналогично, человек, спешащий утром на работу на транспорте, из-за разницы в скорости старится медленнее, чем его коллега, предпочитающий пешие прогулки.
Несмотря на то, что выявленная разница в скорости течения выражается всего лишь несколькими фемтосекундами (долями секунды, составляющими миллионные доли от миллиардных долей), ее достоверно установленное наличие служит еще одним подтверждением Общей теории относительности Эйнштейна.
Согласно этой теории, скорость течения времени для объектов, движущихся относительно друг друга или находящихся в разных по силе гравитационных полях, должна различаться. Справедливость этих положений была впоследствии экспериментально подтверждена.
Одним из таких экспериментов было сравнение хода атомных часов, одни из которых были установлены на Земле, тогда как вторые с помощью ракеты были отправлены в околоземное космическое пространство, а затем вернулись на Землю. Разница в ходе для таких часов, находившихся в разных по силе гравитационных полях, составила 400 триллионных долей секунды при максимальном расстоянии от Земли в 10 тысяч километров.
В ходе другого эксперимента пара атомных часов на грузовых самолетах отправлялась в длительный полет вокруг Земли, а третьи, контрольные, часы оставались неподвижными на поверхности. Учеными было показано, что часы, летевшие на запад и приобретавшие за счет вращения Земли дополнительную скорость относительно контрольных, шли медленнее тех, что летели на восток.
Группе Чина Вэнь Чоу (Chin-wen Chou) и его коллегам, авторам нового эксперимента, удалось показать относительность времени в существенно меньших масштабах с помощью использования нового поколения атомных часов. Атомные часы представляют собой ион металла, удерживаемый с помощью электромагнитных полей и облачаемый лазерным излучением микроволнового диапазона.
Поглощаемое металлическим ионом лазерное излучение заставляет его переходить в возбужденное состояние, возвращение из которого в исходное состояние сопровождается испусканием этого излучения. По возникающим в результате этого процесса колебаниям излучения можно отсчитывать время.
Принятые в настоящее время стандарты атомных часов используют ионы цезия, колеблющиеся между двумя состояниями 9,2 миллиарда раз в секунду.
Команда Чоу использовала часы на основе иона алюминия и существенно более коротковолновое, чем обычно, излучение. Благодаря этому, их атомные часы "тикают" со скоростью 1,12 миллионов миллиардов раз в секунду.
Эта невообразимая точность хода позволила ученым показать, что понижения силы гравитационного поля земли при подъеме на высоту всего 33 сантиметра относительно контрольных часов достаточно для ускорения скорости течения времени на 4 фемтосекунды в секунду.
Раскачав один из ионов в часах с помощью электромагнитного воздействия и придав ему, таким образом, скорость 36 километров в час (4 метра в секунду), ученые показали, что скорость "тиканья" этих часов замедлилась на 2 фемтосекунды.