Российские и немецкие ученые осуществили сверхточное тестирование специальной теории относительности Эйнштейна, доказав ее справедливость даже на уровне элементарных частиц. Ключевую роль в этом достижении сыграла пара уникальных атомных часов.
От эфира к инвариантности: Эволюция понимания
Эти исследования стали логическим продолжением знаменитых опытов Майкельсона и Морли 1887 года. Тогда физики пытались обнаружить "эфир" – гипотетическую среду, в которой, как считалось, распространяется свет. Предполагалось, что эфир обладает особыми свойствами, а скорость света в нем зависит от направления движения.
Триумф теории Эйнштейна
Эксперименты Майкельсона и Морли, а позже и специальная теория относительности, опровергли концепцию эфира. Сегодня научное сообщество уверено: свет движется с неизменной скоростью во всех направлениях, а физические законы действуют одинаково во всех системах отсчета, независимо от их ориентации.
Фундамент науки и новые вопросы
Этот принцип – основа современных физических теорий, включая Стандартную модель. Однако некоторые исследования в области квантовой гравитации указывают на возможные отклонения от него на микроуровне. Кроме того, астрономические наблюдения 2006 года выявили аномалии в реликтовом излучении ("ось зла"), намекающие на возможную неоднородность расширения Вселенной.
Иттербиевые атомные часы: Точность, рожденная холодом
Команда под руководством Сергея Порсева из Института ядерной физики в Гатчине использовала для проверки этих фундаментальных принципов два сверхточных хронометра. Их сердце – ионы иттербия, охлажденные почти до абсолютного нуля и удерживаемые в электромагнитной ловушке.
Лазерные импульсы вызывают колебания электронов этих ионов между энергетическими уровнями. Постоянство времени переходов и частоты колебаний для всех атомов иттербия обеспечивает исключительную точность измерения времени.
Гениальная проверка: Наследие Майкельсона-Морли
Ученые предположили, что гипотетические неоднородности пространства-времени, подобные "оси зла", могли бы влиять на возбужденные электроны в атомах иттербия, не затрагиваясь другими помехами. Вдохновленные этой идеей, они провели современный аналог опыта Майкельсона-Морли.
Атомные часы разместили в одной лаборатории под разными углами и наблюдали за их синхронностью в течение шести месяцев. Если бы пространство-время было неоднородно, вращение Земли вызывало бы периодические расхождения в их показаниях.
Торжество теории: Результаты высочайшей точности
Измерения показали поразительный результат: различия в частоте колебаний между часами не превышали ничтожной величины в 2 × 10-18% в любой момент времени. Это эквивалентно отсутствию различий и служит блестящим подтверждением специальной теории относительности Эйнштейна. Теория успешно описывает поведение пространства-времени как на макроскопическом уровне, так и в мире элементарных частиц.
Источник: scientificrussia.ru
