Thí nghiệm siêu chính xác khẳng định dự đoán của Einstein về thời gian

Sử dụng một trong những đồng hồ nguyên tử chính xác nhất thế giới, các nhà vật lý đã chỉ ra rằng thời gian sẽ chạy chậm hơn nếu bạn thay đổi chiều cao của mình trên bề mặt Trái đất một đoạn cực nhỏ 0,008 inch (0,2 mm) - gần gấp đôi chiều rộng của một tờ giấy. Phát hiện này là một xác nhận khác về thuyết tương đối của Albert Einstein dự đoán rằng các vật thể khổng lồ, như hành tinh của chúng ta có thể làm cong thời gian và khiến nó quay chậm lại.

Để tạo ra đồng hồ nguyên tử quang học, các nhà nghiên cứu đã làm lạnh các nguyên tử stronti xuống gần độ không tuyệt đối bên trong một buồng chân không. Cái lạnh khiến các nguyên tử xuất hiện như một quả cầu màu xanh phát sáng lơ lửng trong buồng.

Vào năm 1915, Einstein đã chỉ ra rằng bất cứ thứ gì có khối lượng sẽ làm biến dạng cấu trúc của không-thời gian - một hiệu ứng mà chúng ta trải nghiệm như lực hấp dẫn. Bạn có thể coi trọng lực như là lực hãm của thời gian. Ý tưởng khó hiểu này có nghĩa là những chiếc đồng hồ gần Trái đất chạy chậm hơn so với những chiếc đồng hồ ở xa nó - một hiện tượng được gọi là sự giãn nở thời gian .

Theo ông Tobias Bothwell, nghiên cứu sinh vật lý tại JILA, được điều hành bởi Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia ( NIST) và Đại học Colorado cho biết: Phép đo mới nhất này tốt hơn về hệ số 1.000. "Chúng tôi đã thực sự thổi bay cánh cửa mà chúng tôi có thể đo tần số tốt như thế nào", Bothwell nói.

Thí nghiệm sử dụng một tập hợp khoảng 100.000 nguyên tử của đồng vị stronti 87, thường được sử dụng trong đồng hồ nguyên tử, được làm lạnh đến một phần nhỏ trên độ không tuyệt đối và được đặt trong một cấu trúc được gọi là mạng tinh thể quang học.

Ông nói: “Khi bạn đi từ trên xuống dưới, bạn sẽ thấy mỗi lớp nhảy khác nhau một chút nhờ trọng lực.

Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia cũng chỉ ra rằng một mạng tinh thể quang học sử dụng các chùm ánh sáng laze giao nhau để tạo ra cảnh quan các đỉnh và thung lũng giống như một hộp trứng, nơi mỗi nguyên tử nằm trong một trong các thung lũng .

Các nguyên tử stronti trong mạng tinh thể quang học được sắp xếp thành nhiều lớp, giống như một chồng bánh kếp, Bothwell nói. Bằng cách chiếu tia laser vào các lớp, ông và các đồng nghiệp của mình có thể đo được tốc độ đánh dấu của các nguyên tử trong mỗi lớp.

Mukund Vengalattore, một nhà vật lý nguyên tử độc lập không tham gia vào công trình này cho biết: “Những thí nghiệm kiểu này có thể làm sáng tỏ bản chất của thời gian.

Đó là bởi vì các nguyên tử stronti có khả năng được đặt trong cái được gọi là sự chồng chất của các trạng thái, nghĩa là hai trạng thái cùng một lúc, ông nói thêm. Theo cơ học lượng tử , các hạt có thể tồn tại ở hai vị trí (hoặc trạng thái) cùng một lúc, vì vậy các thí nghiệm trong tương lai có thể đặt một nguyên tử stronti ở một vị trí chồng chất nơi nó nằm trong hai "chiếc bánh kếp" khác nhau cùng một lúc, Vengalattore nói.

Với hạt ở cả hai nơi cùng một lúc, nhóm nghiên cứu có thể đo thời gian trôi qua tại các điểm khác nhau dọc theo nguyên tử stronti siêu vị trí, điều này sẽ thay đổi nhờ lực hấp dẫn khác nhau mà nó cảm nhận được. Điều này cho thấy rằng "ở một đầu của hạt, thời gian đang chạy với một tốc độ", Vengalattore nói. "Và ở đầu bên kia, nó đang chạy với một tốc độ khác."

Ông nói thêm, khả năng vô cùng kỳ lạ này là trung tâm của sự khác biệt giữa thế giới lượng tử và cổ điển. Các vật thể cổ điển, như quả bóng tennis và con người, không thể tồn tại ở vị trí chồng chất khi chúng được đặt ở hai nơi cùng một lúc. Nhưng nơi chuyển đổi giữa lượng tử và cổ điển xảy ra là không rõ ràng. Bằng cách tăng khoảng cách giữa các bánh kếp, các nhà nghiên cứu về cơ bản có thể làm cho hạt phát triển ngày càng lớn hơn và có khả năng nhìn thấy khi nào nó ngừng hoạt động giống như một hạt lượng tử và giống một hạt cổ điển hơn.

Những thí nghiệm như vậy có thể cho phép các nhà vật lý tiến gần hơn đến giấc mơ được mong đợi từ lâu - một lý thuyết về mọi thứ sẽ thống nhất lý thuyết tương đối của Einstein, mô tả cái rất lớn, với cơ học lượng tử, mô tả cái rất nhỏ.

Trong khi đó, thí nghiệm hiện tại đã giúp nhóm nghiên cứu hình dung ra cách sản xuất đồng hồ nguyên tử thậm chí còn chính xác hơn, Bothwell cho biết. Các công cụ trong tương lai có thể được sử dụng để đo những khác biệt nhỏ về khối lượng của Trái đất bên dưới chúng, có khả năng làm cho đồng hồ hữu ích để phát hiện dòng magma bên trong núi lửa, sự thay đổi của nước tan chảy bên trong các sông băng hoặc chuyển động của các mảng vỏ hành tinh của chúng ta, ông nói thêm.