Физики непосредственно измерили замедление времени

Один из авторов сенсационного опыта Тиль Розенбенд (Till Rosenband) вместе с ранней версией квантовых "алюминиевых" часов (фото Geoffrey Wheeler/NIST).

Эффекты изменения хода времени, зависящие от скорости объекта и силы гравитации, ранее учёные могли обнаружить только при наблюдении за космическими объектами, либо при измерении хода атомных часов, расположенных на стремительных спутниках и высоко летящих самолётах. Теперь удалось уловить те же самые явления, не выходя из лаборатории.

Недавно специалисты из Национального института стандартов и технологий (NIST) на основе ионов алюминия создали самые точные атомные часы в мире. Они работают почти в 40 раз равномернее, чем цезиевые, которые являются международным стандартом (колебания между энергетическими уровнями цезия фигурируют в самом определении секунды).

Казалось бы, ультравысокая точность новых часов (ошибка в секунду у них накапливается за 3,7 миллиарда лет) не может иметь никакого практического применения. Однако, физики NIST поставили опыты, реализовать которые можно было только с "алюминиевыми" хронометрами.

Согласно специальной теории относительности, время для движущегося объекта замедляется. В новом эксперименте учёные использовали двое синхронизированных при помощи оптического кабеля "алюминиевых" атомных часов. В одних ион оставался на месте, а в других постоянно прыгал внутри ловушки со скоростью 4 метра в секунду. Мизерная разница в скорости породила и столь же малое различие в ходе времени, которое, однако, удалось засечь как сбой размером в два такта на каждые 10 квадриллионов "тик-так".

Время для часов на стене идёт чуть быстрее, чем для хронометра, расположенного ближе к полу. Но разница столь мала, что возможность замерить её инструментально представлялась чистой фантастикой. До сего дня (иллюстрация Loel Barr/NIST).

Что до действия на время силы тяжести, то тут авторы воспользовались градиентом гравитационного поля Земли. В ходе проверки этого аспекта общей теории относительности учёные сначала поставили одни атомные часы на 17 сантиметров ниже вторых, а затем перенесли первые на 33 см вверх. Такой сдвиг по вертикали породил смещение в отсчёте времени, равное четырём тактам на каждые 100 квадриллионов.

Величина рассогласования соответствовала предсказанию Эйнштейна — отклонению в ходе часов на 3 микросекунды в год на один километр разницы в высоте над землёй (Детали изложены в статье в Science и пресс-релизе института.)