Fyzikom sa podarilo dosiahnuť niečo neuveriteľné. Dokázali zmerať rozdiel plynutia času na úrovni iba jedného milimetra. Na tému upozornil portál ScienceAlert.

Paradox dvojčiat

Jeden z dobre známych myšlienkových experimentov v rámci špeciálnej teórie relativity, známy ako paradox dvojčiat, hovorí o tom, že ak jedno z dvojčiat cestuje vesmírnou loďou rýchlosťou svetla, zatiaľ čo to druhé čaká na Zemi, bude sa zdať, že dvojča cestujúce rýchlosťou svetla je mladšie ako to, ktoré zostalo na Zemi.

BarbaraALane/Pixabay

Ako píše QuantaMagazine na svojom webe, rovnako ako rýchlosť, tak i gravitácia ovplyvňuje plynutie času. Podľa všeobecnej teórie relativity Zem, čierna diera, alebo akékoľvek masívne teleso deformuje časopriestor spôsobom, ktorý spomaľuje čas.

Pri hľadaní rozdielu plynutia času nemusíme chodiť veľmi ďaleko a vysielať niekoho do vesmíru rýchlosťou svetla. Stačilo by, ak by jedno z dvojčiat žilo na úrovni hladiny mora a druhé na vrchole Everestu. Vzhľadom na to, že na vrchole Everestu je gravitačná príťažlivosť Zeme o niečo slabšia ako na úrovni mora, dvojča, ktoré by žilo na vrchole, by zostarlo rýchlejšie.

Hoci rozdiel by bol minimálny, je dostatočne veľký na to, aby sa dal zmerať. Fyzikom sa však tento rozdiel podarilo posunúť úplne do iných rozmerov.

Rekordné meranie

V novej štúdii, ktorá zatiaľ neprešla recenzným posudkom, zverejnenej na predtlačovom serveri arXiv, odborníci z laboratória JILA, amerického Národného inštitútu pre štandardy a technológie a univerzity v Colorade totiž dokázali pomocou špeciálne navrhnutých atómových hodín zmerať rozdiel plynutia času na milimetrovej škále.

freepik

Presnejšie dokázali zmerať gravitačný červený posun, teda jav, pri ktorom elektromagnetické vlny, fotóny,  vystupujúce z gravitačnej studne (koncepčný model gravitačného poľa obklopujúceho telesá vo vesmíre) strácajú energiu. Táto strata energie zodpovedá zníženiu vlnovej frekvencie a zvýšeniu vlnovej dĺžky. Opačný efekt,  pri ktorom fotóny získavajú energiu pri prechode do gravitačnej studne je známy ako gravitačný modrý posun.

Práca je obrovským skokom k štúdiu fyziky na „priesečníku“ všeobecnej relativity a kvantovej mechaniky, ktoré sú síce obe platné, no navzájom nezlučiteľné.

Ako píše portál ScienceNews, fyzici využili špeciálne hodiny pozostávajúce z približne 100 000 atómov stroncia. Tento milimeter veľký oblak atómov bol ochladený na ultranízku teplotu, vďaka čomu boli atómy takmer nehybné.

Následne sa výskumníci pozreli cez kameru na oblak atómov a nakreslili dve imaginárne políčka okolo hornej a dolnej polovice oblaku. Po 92 hodinách pozorovania týchto miniatúrnych hodín porovnali frekvenciu „tikania“ hornej a dolnej polovice a zistili, že čas v hornej časti oblaku je o 0,00000000000000001 % kratší, ako čas v spodnej časti. Ide zatiaľ o najpresnejšie porovnanie frekvencií, aké kedy bolo uskutočnené.

Samozrejme pri samotnom meraní sa vedci uistili, že do výpočtu nie sú zahrnuté akékoľvek účinky, ktoré nemajú gravitačný charakter.

Vzhľadom na to, že predtým vedci dokázali merať gravitačný červený posun s výškovým rozdielom 33 centimetrov, ide o obrovský skok vpred. Podľa fyzikov je toto meranie svojim spôsobom krokom k spojeniu všeobecnej teórie relativity a kvantovej mechaniky.

Bližšie informácie by autori mali poskytnúť až keď ich štúdia prejde recenzným posudkom a bude publikovaná v recenzovanom žurnále.