Гравитация определяет ход времени. Так, согласно общей теории относительности (ОТО) Эйнштейна, на большой высоте часы будут идти чуть быстрее. Однако, чтобы зарегистрировать данный эффект, нужен очень точный хронометр. Именно такой создали учёные из Университета Токио.
Для проведения физического эксперимента они использовали компактную версию атомных часов. Этот научный инструмент позволяет измерить ход времени с невероятной точностью ‒ до 18 знака после запятой.
Однако одних суперчасов недостаточно. Также необходимо разместить их на очень большой высоте, так как там гравитация будет чуть слабее, чем у поверхности Земли.
Раньше для подобных экспериментов физики отправляли атомные часы в полёт на самолётах и даже спутниках. Японские специалисты пошли иным путём: они разместили аппаратуру на верхних этажах телебашни Tokyo Skytree. Это самая высокая подобная конструкция в мире. Кроме того, это второе по высоте здание мира после небоскрёба "Бурдж-Халифа".
Согласно общей теории относительности Эйнштейна на смотровой площадке телебашни, расположенной на высоте 450 метров, время должно идти чуть быстрее, чем у её подножия. Именно этот эффект и зафиксировали физики. Установив одни атомные часы на первом этаже здания и ещё одни на смотровой площадке, они обнаружили, что на высоте день из-за более слабой гравитации пролетает примерно на 4,3 наносекунды быстрее. За год набегает уже 1,6 микросекунды. Впрочем, успеть переделать больше дел, находясь на поверхности планеты, не удастся, ведь одна микросекунда – это одна миллионная доля секунды.
Однако у нынешней работы всё же есть важное практическое значение. Дело в том, что созданные учёными Страны восходящего солнца атомные часы имеют относительно компактные размеры: три ящика шириной 44 сантиметра и длиной 64 сантиметра, а также высотой 30 сантиметров. Обычно подобная аппаратура занимает лабораторные комнаты площадью порядка 20 квадратных метров. При этом у новичка, как мы уже сказали, очень высокая точность. (Все предыдущие компактные аналоги были значительно менее точными.)
Миниатюрность же позволяет использовать новые атомные часы в полевых условиях. Например, для регистрации изменений гравитации в горах, близ вулканов или на дне океана. Такие данные помогли бы геологам узнать больше об изменениях, происходящих в земной коре.
Описание эксперимента и его результатов было опубликовано в журнале Nature Photonics.
Ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) сообщали о том, как ОТО проверили при помощи трёх отгоревших звёзд и сверхмассивной чёрной дыры. Рассказывали мы и о том, почему в движущемся теле все физические процессы происходят медленнее, чем в неподвижном. Кроме того, мы писали об атомных часах, которые отстанут на секунду через 15 миллиардов лет.
