世界上最精确的时钟如何改变基础物理学

2022-02-22 19:21:16

爱因斯坦';s的广义相对论认为,一个像地球这样的巨大物体会弯曲时空,当你接近这个物体时,时间会变慢,所以山顶上的人比海平面上的人衰老得快一点。美国科学家现在以有史以来最小的尺度证实了这一理论,证明了时钟在以毫米为单位时,以不同的频率滴答作响。

国家标准与技术研究所(NIST)和科罗拉多大学博尔德分校的Jun叶告诉AFP,他们的新时钟是“34”;到目前为止";这是有史以来最精确的,可能为量子力学的新发现铺平道路,这是亚原子世界的规则手册。

叶和同事们周三在著名的《自然》杂志上发表了他们的发现,描述了使他们能够制造出比现在精确50倍的设备的工程进展;世界上最好的原子钟。

它不是';t直到发明了原子钟,通过探测原子内处于特定频率的两个能态之间的跃迁来计时,科学家们才能证明阿尔伯特·爱因斯坦';这是1915年的理论。

早期的实验包括1976年的重力探测器A,该探测器涉及一艘距离地球6000英里(10000公里)的航天器#39;这表明,机载时钟每73年比地球上的同类时钟快一秒。

从那时起,时钟变得越来越精确,因此能够更好地检测相对论的影响。

2010年,NIST科学家观察到,当他们的时钟向上移动33厘米(略高于一英尺)时,时间以不同的速率移动。

叶';这项技术的关键突破是利用被称为光学晶格的光网络,以有序排列的方式捕获原子。这是为了防止原子因重力而下落或以其他方式移动,从而导致精度损失。

内业';美国的新时钟是10万个锶原子,像一堆煎饼一样层叠在一起,总高度约为一毫米。

这种时钟非常精确,当科学家们把这堆东西分成两部分时,他们可以探测到上半部分和下半部分的时间差异。

"空间和时间是相连的,";叶说"由于时间测量如此精确,你可以实时看到空间是如何变化的地球是一个活泼的活体"

这种分布在火山活动区域的时钟可以告诉地质学家固体岩石和熔岩之间的区别,帮助预测喷发。

或者,例如,研究全球变暖如何导致冰川融化和海洋上升。

然而,最让你们兴奋的是,未来的时钟将如何开创一个全新的物理学领域。

目前的时钟可以检测200微米的时间差,但如果将其降低到20微米,它就可以开始探测量子世界,帮助弥合理论上的差异。

虽然相对论完美地解释了行星和星系等大型物体的行为,但它与量子力学(量子力学研究的是非常小的物体)是不相容的。

根据量子理论,每个粒子也是一个波,可以同时占据多个位置,这被称为叠加。但它';根据爱因斯坦的说法,一个物体同时在两个地方会如何扭曲时空尚不清楚;这是理论。

因此,这两个领域的交叉将使物理学更接近一个统一的#34;万物论";这解释了宇宙中所有的物理现象。更多信息:Tobias Bothwell,《解析毫米级原子样本中的引力红移》,《自然》(2022年)。内政部:10.1038/s41586-021-04349-7。www.nature。com/articles/s41586-021-04349-7

相关报道:Shimon Kolkowitz,《与多路复用光晶格时钟的差分时钟比较》,自然杂志(2022年)。DOI:10.1038/s41586-021-04344-y.www.nature。com/articles/s41586-021-04344-y