Fizicieni din SUA și Germania au folosit două principii fundamentale ale mecanicii cuantice pentru a efectua o testare de înaltă precizie a lui Einstein, teoria relativității generale., Cercetătorii au exploatat dualitatea undelor-particule și suprapunerea într – un interferometru Atomic pentru a dovedi că un efect cunoscut sub numele de redshift gravitațional – încetinirea timpului în apropierea unui corp masiv-este valabil pentru o precizie de șapte părți într-un miliard. Rezultatul este important în căutarea unei teorii a gravitației cuantice și ar putea avea implicații practice semnificative, cum ar fi îmbunătățirea preciziei sistemelor de poziționare globală.
Redshift gravitațional urmează de la principiul echivalenței care stă la baza relativității generale., Principiul echivalenței afirmă că efectele locale ale gravitației sunt aceleași cu cele ale faptului că se află într-un cadru de referință accelerat. Deci forța descendentă simțită de cineva într-un lift ar putea fi în egală măsură datorată unei accelerații ascendente a ascensorului sau gravitației. Impulsuri de lumina trimis în sus de un ceas pe ridicați podeaua va fi deplasate Doppler, sau redshifted, când liftul se accelerează în sus, în sensul că acest ceas va apărea să bifați mai încet atunci când clipește sale sunt comparate la plafonul de ridicare de la un alt ceas., Deoarece nu există nicio modalitate de a deosebi gravitația și accelerația, același lucru va rămâne valabil într-un câmp gravitațional; cu alte cuvinte, cu cât este mai mare atracția gravitațională experimentată de un ceas sau cu cât este mai aproape de un corp masiv, cu atât va bifa mai lent. confirmarea acestui efect susține ideea că gravitația este o manifestare a curburii spațiu-timp, deoarece fluxul de timp nu mai este constant în întregul univers, ci variază în funcție de distribuția corpurilor masive., Consolidarea ideii de curbură spațiu–timp este importantă atunci când se face distincția între diferite teorii ale gravitației cuantice, deoarece există unele versiuni ale teoriei corzilor în care materia poate răspunde la altceva decât geometria spațiului-timp.,
Universalitatea de cădere liberă
spre roșu Gravitațională, cu toate acestea, ca o manifestare a poziției locale invarianta (ideea că rezultatul de orice non-gravitaționale experiment este independentă de unde și atunci când în universul se efectuează) este cel mai bine confirmat de cele trei tipuri de experiment care susțin principiul de echivalență. Celelalte două, universalitatea de cădere liberă și locale Lorentz invarianta, au fost verificate cu precizări de 10-13 sau mai bine, întrucât spre roșu gravitațională a avut anterior a fost confirmat doar pentru o precizie de 7 × 10-5., Acest lucru a fost realizat în 1976 prin înregistrarea diferenței de timp scurs măsurată de două ceasuri atomice – unul pe suprafața Pământului și celălalt trimis până la o altitudine de 10.000 km într-o rachetă. acest tip de măsurare a schimbării roșii este limitat de gradul de atracție gravitațională furnizat de masa Pământului., Noua cercetare, realizată de Holger Müller de la Universitatea din California Berkeley, Achim Peters de la Universitatea Humboldt din Berlin și Steven Chu, anterior la Berkeley, dar acum secretar al energiei din SUA, este limitată în același mod, dar reușește să crească dramatic precizia datorită unui ceas ULTRAFIN furnizat de mecanica cuantică., în 1997 Peters a folosit tehnici de captare cu laser dezvoltate de Chu pentru a capta atomii de cesiu și a-i răci la câteva milioane de grade peste zero absolut (pentru a reduce cât mai mult viteza lor), apoi a folosit un fascicul laser vertical pentru a da o lovitură ascendentă atomilor pentru a măsura căderea liberă gravitațională. acum, Chu și Müller au re-interpretat rezultatele acelui experiment pentru a da o măsurare a redshift-ului gravitațional. în experiment, fiecare dintre atomi a fost expus la trei impulsuri laser., Primul impuls a plasat atomul într – o suprapunere a două stări la fel de probabile-fie lăsându-l singur să decelereze și apoi să cadă înapoi pe pământ sub forța gravitației, fie dându-i o lovitură suplimentară, astfel încât să ajungă la o înălțime mai mare înainte de a coborî. Un al doilea impuls a fost apoi aplicat la momentul potrivit pentru a împinge atomul în a doua stare înapoi mai repede spre Pământ, determinând cele două stări de suprapunere să se întâlnească pe drum în jos., În acest moment cel de-al treilea puls măsurată interferența dintre aceste două state aduse de atom existența lui ca un val, ideea fiind că orice diferență în spre roșu gravitațională la fel de experimentat de către cele două state existente la diferență de înălțimi deasupra suprafeței Pământului se va manifesta ca o schimbare în raport de fază dintre cele două state.
frecvență enormă
virtutea acestei abordări este frecvența extrem de ridicată a undei de Broglie a unui atom de cesiu – aproximativ 3 × 1025 Hz. Deși în timpul 0.,3 secunde de cădere liberă problema valuri pe traiectorie mai mare experimentat o timpul scurs de doar 2 × 10-20 mai mult de valurile de pe jos traiectoria v, enorm frecvența lor de oscilație, combinate cu capacitatea de a măsura amplitudinea diferențelor de doar o parte din 1000, a însemnat că cercetătorii au fost în măsură să confirme spre roșu gravitațională cu o precizie de 7 × 10-9.,
Müller se pune, „Dacă timpul de cădere liberă a fost extins pentru vârsta universului – 14 miliarde de ani – diferența de timp între partea superioară și inferioară rute ar fi doar o miime de secundă, și precizia de măsurare va fi de 60 ps, timpul necesar luminii să călătorească aproximativ un centimetru.”
această precizie extremă ar putea deveni utilă pe măsură ce sistemele de poziționare globală devin din ce în ce mai precise., Ca Müller puncte, pentru a determina poziția unui obiect de pe sol la milimetru precizie ceasurile atomice de pe sateliții GPS ar trebui să opereze cu o precizie de 10-17, o cifră în fapt realizat recent de un ceas dezvoltat la Institutul Național de Standarde și Tehnologie din SUA (a se vedea „Noul ceas optică pauze de precizie record”). Dar la altitudinea sateliților de 20.000 km, astfel de ceasuri vor experimenta o accelerare a timpului de aproximativ o parte în 1010 datorită schimbării roșii gravitaționale., Recuperarea preciziei 10-17 ar necesita, prin urmare, cunoașterea efectului redshift la o precizie de 10-7. Müller speră să îmbunătățească în continuare precizia măsurătorilor redshift prin creșterea distanței dintre cele două stări de superpoziție ale atomilor de cesiu. Distanța obținută în cercetarea actuală a fost de doar 0, 1 mm, dar, spune el, prin creșterea acesteia la 1 m ar trebui să fie posibilă detectarea undelor gravitaționale, a undelor minuscule în țesătura spațiului–timp prezisă de relativitatea generală, dar niciodată observată.
lucrarea este descrisă în natură 463 926.,