Три физика из США и Германии подтвердили, что явление, известное как гравитационное красное смещение, которое вызывает замедление времени вблизи объекта с огромной массой, достоверно с точностью до 7 в минус 9 степени.
Доказательство эффекта гравитационного красного смещения подтверждает, что течение времени не является постоянной в нашей Вселенной. Оно изменяется в зависимости от положения относительно крупных тел и гравитационного притяжения, которое эти огромные массы могут оказывать. Проиллюстрируем простым языком: если часы находятся рядом с массивным телом или на них воздействует большая гравитационная сила, чем ближе они к этому небесному телу или чем сильнее гравитационное притяжение, тем медленнее часы будут отсчитывать время.
Это исследование было проведено доктором Хольгером Мюллером из Калифорнийского университета города Беркли, министром США по энергетике доктором Стивеном Чу и доктором Ахимом Петерсом из Берлинского университета Гумбольдта.
Один из недостатков проведенных измерений эффекта красного смещения, заключается в том, что они ограничены степенью гравитационного притяжения, которое вызывает масса Земли. Тем не менее, благодаря очень точным часам, ученые смогли значительно повысить точность их опыта.
Чу и Мюллер основывают свои новое исследование на результатах опыта, проделанного Питерсом и Чу в 1997 году. Эксперимент состоял из захвата атомов цезия лазерными импульсами, а затем уменьшая их скорость, насколько это возможно, охлаждая их при температуре в несколько миллионных долей градуса выше абсолютного нуля. После этого, вертикальный лазерный луч ударял по атомам цезия, подбрасывая их вверх, чтобы измерить свободное гравитационное падение.
Чтобы точно измерить гравитационное красное смещение, Чу и Мюллер переосмыслили свои результаты и перешли к новому эксперименту.
В новом эксперименте, каждый тестируемый атом будет подвергаться трем лазерным импульсам. Первый импульс будет генерировать один из двух равновероятных состояний атома цезия — либо он не будет иметь никакого влияния, и атом упадет под притяжением силы тяготения, либо лазер подкинет его вверх так, что атом достигнет наивысшей высоты до начала падения.
Если осуществилась последняя стадия, второй импульс будет применяться в определенный момент для того, чтобы притягивать атом быстрее, имитируя большее тяготение. Это может привести к тому, что атомы на двух суперпозициях встретятся на пути вниз.
В этом момент третий импульс будет активизирован. Цель состоит в том, чтобы измерить противодействие между двумя этими стадиями, которое происходит, потому что атомы существуют как волны. Любое различие в гравитационном красном смещении между состояниями, которые существуют на разной высоте от поверхности Земли, будет проявляться в виде определенных изменений в относительной фазе обоих состояний.
В целях повышения точности измерений, д-р Мюллер планирует увеличить расстояние между двумя суперпозиционными состояниями атомов цезия в ходе его эксперимента. По словам Мюллера, если текущее расстояние, которое составляет 0,1 мм, будет увеличено до 1 м, то она исключит возможность для ученых обнаружить гравитационные волны — изменения кривизны пространства-времени, которые были предсказаны Эйнштейном в его общей теории относительности.
