a Fizikusok az usa-ban vagy Németországban használt két alapvető tanait, kvantummechanika, hogy végre egy nagy pontosságú vizsgálat Einstein általános relativitás elmélete., A kutatók kihasználva hullám-részecske kettősség, valamint szuperpozíció belül egy atom interferométer bizonyítani, hogy egy hatás néven ismert gravitációs vöröseltolódás – a lassul az idő közelében egy hatalmas test – igaz, hogy egy precíziós a hét részre egy milliárd. Az eredmény fontos a kvantumgravitáció elméletének keresésében, és jelentős gyakorlati következményekkel járhat, például a globális helymeghatározó rendszerek pontosságának javítása.
a gravitációs redshift az egyenértékűség elvéből következik, amely az általános relativitás alapját képezi., Az egyenértékűség elve kimondja, hogy a gravitáció helyi hatásai ugyanazok, mint a gyorsított referenciakeretben. Tehát a liftben lévő személy által érezhető lefelé irányuló erő ugyanolyan lehet, mint a felvonó felfelé történő gyorsulása vagy a gravitáció. A felvonó padlóján lévő óráról felfelé küldött fényimpulzusok Doppler eltolódnak, vagy vöröseltolódnak, amikor a felvonó felfelé gyorsul, ami azt jelenti, hogy ez az óra lassabban ketyeg, amikor villanásait összehasonlítják a felvonó mennyezetén egy másik órára., Mivel nem lehet megkülönböztetni a gravitációt és a gyorsulást, ugyanez igaz lesz egy gravitációs mezőben; más szóval minél nagyobb az óra által tapasztalt gravitációs húzás, vagy minél közelebb van egy hatalmas testhez, annál lassabban ketyeg.
ennek a hatásnak a megerősítése alátámasztja azt az elképzelést, hogy a gravitáció a tér–idő görbületének megnyilvánulása, mivel az idő áramlása már nem állandó az egész világegyetemben, hanem a hatalmas testek eloszlásától függően változik., A tér–idő görbület gondolatának megerősítése fontos a kvantum gravitáció különböző elméleteinek megkülönböztetésekor, mivel a húrelméletnek vannak olyan változatai, amelyekben az anyag reagálhat valami másra, mint a tér–idő geometriája.,
Egyetemesség a szabadesés
a Gravitációs vöröseltolódás, azonban, mint a megnyilvánulása helyi helyzetben invariancia ellen (az az elképzelés, hogy az eredmény nem-gravitációs kísérlet független attól, hogy hol, mikor a világegyetem végzett) ez a legkevésbé jól megerősítette, hogy a háromféle kísérlet, amely támogatja az egyenértékűség elve. A másik kettőt, a freefall és a helyi Lorentz invariance egyetemességét 10-13 vagy annál jobb precizitással igazolták, míg a gravitációs vöröseltolódást korábban csak 7 × 10-5 pontossággal igazolták., Ezt 1976 – ban úgy sikerült elérni, hogy az eltelt idő különbségét két atomórával mérték-az egyik a Föld felszínén, a másik pedig 10 000 km magasságra küldött egy rakétában.
ezt a fajta redshift mérést a Föld tömege által biztosított gravitációs pull mértéke korlátozza., Az új kutatás, amelyet Holger Müller, a kaliforniai Berkeley Egyetem, a berlini Humboldt Egyetem Achim Peters és Steven Chu végzett, korábban a Berkeley-ben, de most az amerikai energiaügyi miniszter, ugyanúgy korlátozott, de a kvantummechanika által biztosított ultrafinom órának köszönhetően drasztikusan növeli a pontosságot.,
1997-Ben Peters használt lézer csapdába technikák által kifejlesztett Chu, hogy elfog cézium atom, hűvös őket, hogy néhány milliomod fokkal abszolút nulla (annak érdekében, hogy csökkentse a sebességet, amennyire csak lehetséges), majd a használt függőleges lézersugár kölcsönöz egy felfelé rúg, hogy az atomok annak érdekében, hogy az intézkedés gravitációs szabadesés.
most Chu és Müller újraértelmezték a kísérlet eredményeit, hogy a gravitációs vöröseltolódás mérését elvégezzék.
a kísérlet során az atomok mindegyike három lézerimpulzusnak volt kitéve., Az első impulzus az atomot két ugyanolyan valószínű állapot szuperpozíciójába helyezte-vagy egyedül hagyva lassítani, majd visszaesik a földre a gravitáció húzása alatt, vagy extra rúgást ad neki, hogy nagyobb magasságot érjen el, mielőtt leereszkedne. A második impulzust ezután csak a megfelelő pillanatban alkalmazták, hogy a második állapotban lévő atomot gyorsabban Tolja vissza a Föld felé, így a két szuperpozíciós állapot lefelé haladva találkozik., Ezen a ponton a harmadik impulzus mért a beavatkozás ezek között a két állam által előidézett az atom létezését, mint egy hullám, az ötlet, hogy ez a különbség a gravitációs vöröseltolódás, mint tapasztalt a két állam már meglévő különbség magasból a Föld felszínén lenne nyilvánvaló, mint a változás a relatív fázis a két állam.
hatalmas frekvencia
ennek a megközelítésnek az erénye a céziumatom de Broglie hullámának rendkívül magas frekvenciája-mintegy 3 × 1025 Hz. Bár a 0.,3 s freefall az anyaghullámok a magasabb pályán tapasztalt eltelt idő mindössze 2 × 10-20 s több, mint a hullámok az alsó pálya tette, a hatalmas frekvenciája oszcilláció, kombinálva azzal a képességgel, hogy mérni amplitúdó különbség csak egy része 1000-ben, azt jelentette, hogy a kutatók képesek voltak megerősíteni gravitációs redshift pontossággal 7 × 10-9.,
ahogy Müller fogalmaz: “ha a szabadesés idejét a világegyetem korára – 14 milliárd évre – kiterjesztenék, akkor a felső és az alsó útvonalak közötti időeltolódás csupán ezredmásodperc lenne, és a mérés pontossága 60 ps lenne, az idő, amíg a fény körülbelül egy centiméterrel halad.”
Ez a rendkívüli pontosság hasznos lehet, mivel a globális helymeghatározó rendszerek egyre pontosabbá válnak., Ahogy Müller rámutat arra, hogy meghatározza a helyzetét egy tárgy a földön, hogy milliméteres pontossággal atomi órák a GPS-műholdak kell működtetni pontossággal 10-17, ez a szám valójában elért által a közelmúltban egy óra fejlett a National Institute of Standards and Technology az usa-ban (lásd: “Új optikai óra szünetek pontosság rekord”). De a műholdak 20 000 km-es tengerszint feletti magasságában az ilyen órák a gravitációs vöröseltolódásnak köszönhetően körülbelül egy rész idejének felgyorsítását fogják tapasztalni 1010-ben., A 10-17-es pontosság helyreállítása ezért szükségessé tenné a redshift hatás 10-7-es pontosságú megismerését.
Müller reméli, hogy tovább javítja a redshift mérések pontosságát a cézium atomok két szuperpozíciós állapota közötti távolság növelésével. A jelenlegi kutatásban elért távolság mindössze 0,1 mm volt, de azt mondja, hogy ennek 1 m–re történő növelésével lehetővé kell tenni a gravitációs hullámok, a téridő apró hullámainak észlelését az általános relativitáselmélet által előrejelzett térben, de még soha nem figyeltek meg.
a művet a Nature 463 926 írja le.,