Американские физики смогли приспособить атомные часы, чтобы изучить, как законы квантовой физики влияют на предсказанное Эйнштейном явление – замедление времени при быстрой скорости движения. Статью с описанием их работы опубликовал научный журнал Nature Communications. "Каждый раз, когда человечество создает новый тип часов, которые работают точнее предыдущих, мы открываем что-то новое. Квантовое замедление времени – следствие и квантовой механики, и теории относительности Эйнштейна, благодаря чему для изучения фундаментальных законов природы на стыке этих теорий мы можем использовать атомные часы", – рассказал один из авторов работы, доцент Дартмутского колледжа (Великобритания) Александр Смит.
Согласно общей теории относительности Эйнштейна (ОТО), в присутствии гравитационных полей разной силы и при движении с большой скоростью время течет неоднородно. Чем выше гравитация или скорость движения объекта, тем сильнее "растягивается" время. Из-за этого в окрестностях горизонта событий черных дыр или при разгоне до околосветовых скоростей его ход практически полностью замирает. Ученые неоднократно подтверждали это следствие ОТО при наблюдениях за далекими объектами и в экспериментах на орбите Земли. Поэтому физики и космологи не сомневаются, что замедление времени действительно существует. С другой стороны, пока не понятно, как это явление действует на объекты микромира, поведением которых управляют законы квантовой физики, ведь они не совместимы с теорией относительности во всех ее интерпретациях.
Смит и его коллега Мехди Ахмади придумали, как сделать это с помощью атомных часов. Работа этого прибора основана на колебаниях не маятника, как в механических часах, а атомов иттербия и некоторых других элементов, которые периодически подсвечиваей лазерный луч. Частота этих колебаний зависит только от законов квантовой механики. Эти же принципы позволяют поместить атом в суперпозицию – особое квантовое состояние, в котором он одновременно будет почти стоять на месте и двигаться с большой скоростью. Подобное движение и порождаемое им замедление времени будет особым образом влиять на то, как быстро атом будет переходить из одного состояние в другое.
Расчеты Смита и Ахмады показали, что переход атомных часов в состояние суперпозиции будет незначительно, но вполне заметно для измерительных приборов влиять на скорость хода атомных часов. Также это изменит некоторые другие их физические свойства. Соответственно, сравнивая характер работы обычных атомных часов и их "суперпозиционной" разновидности, можно выяснить, как квантовый мир влияет на замедление времени. Для подобных наблюдений, как показывают расчеты Ахмади и Смита, можно использовать уже существующие сверхточные атомные часы, а также приборы, которые ранее использовались для проверки другого следствия теории Эйнштейна – так называемого принципа эквивалентности. Исследователи надеются, что подобные опыты состоятся в самое ближайшее время.
