โดย Adam Mann เผยแพร่เมื่อ 25 กุมภาพันธ์ 2022 เว็บตรงแตกง่าย นักฟิสิกส์ “ดู” เมื่อเวลาช้าลงเพื่อสร้างนาฬิกาอะตอมออปติคอลนักวิจัยทําให้อะตอมสตรอนเชียมเย็นลงใกล้กับศูนย์สัมบูรณ์ภายในห้องสุญญากาศ ความหนาวเย็นทําให้อะตอมปรากฏเป็นลูกบอลสีฟ้าที่เปล่งประกายลอยอยู่ในห้อง (เครดิตภาพ: ชิม่อน โกลโควิทซ์)การใช้นาฬิกาปรมาณูที่แม่นยําที่สุดเรือนหนึ่งของโลกนักฟิสิกส์ได้แสดงให้เห็นว่าเวลาทํางานช้าลงเล็กน้อยหากคุณเปลี่ยนความสูงเหนือพื้นผิวโลกด้วยลบ 0.008 นิ้ว (0.2 มิลลิเมตร) – ประมาณสองเท่าของความกว้างของกระดาษ การค้นพบเป็นอีกหนึ่ง
การยืนยันทฤษฎีสัมพัทธภาพของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ซึ่งทํานายว่าวัตถุขนาดใหญ่ เช่น โลกของเรา
บิดเบือนกาลเวลาและทําให้มันช้าลง ”เรากําลังพูดถึงการวัดการเปลี่ยนแปลงของนาฬิกาที่เห็บในระดับที่ใหญ่กว่าเส้นผมของมนุษย์เล็กน้อย” Tobias Bothwell นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาสาขาฟิสิกส์ของ JILA ซึ่งดําเนินการโดยสถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติ (NIST) และมหาวิทยาลัยโคโลราโดกล่าวใน ปี 1915 ไอน์ ส ไตน์ แสดง ว่า สิ่ง ใด ๆ ที่ มี มวล จะ บิด เบือน ผ้า ของ อวกาศ เวลา — ผล ที่ เรา ประสบ เป็น แรง โน้ม ถ่วง. คุณสามารถคิดว่าแรงโน้มถ่วงเป็นการวางเบรกในการไหลของเวลา ความคิดที่ดัดใจนี้หมายความว่านาฬิกาที่อยู่ใกล้โลกทํางานช้าเมื่อเทียบกับนาฬิกาที่อยู่ไกลจากมันซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการขยายเวลา
นักวิจัยได้แสดงให้เห็นว่านาฬิกาปรมาณูที่แม่นยําสุด ๆ ที่บินบนเครื่องบินทํางานเร็วกว่านาฬิกาบนพื้นดินอย่างเหลือเชื่อตามตํารา “การทดสอบการทดลองของธรรมชาติของเวลา” (Fullerton College, 2020) ในปี 2010 นักวิทยาศาสตร์สร้างสถิติใหม่โดยการวัดกาลเวลาด้วยนาฬิกาปรมาณูที่ใช้อลูมิเนียมสองเรือนที่แยกออกจากกันด้วยความสูงประมาณ 1 ฟุต (33 เซนติเมตร) พบว่านาฬิกาที่สูงกว่าวิ่งเร็วขึ้นเล็กน้อย Bothwell กล่าว การวัดล่าสุดนี้เกี่ยวกับปัจจัยของ 1,000 ดีกว่า, เขาเพิ่ม. “เราได้เป่าประตูออกจริงๆว่าเราสามารถวัดความถี่ได้ดีเพียงใด” ทั้งสองเวลล์กล่าว
การทดลองนี้ใช้คอลเลกชันของประมาณ 100,000 อะตอมของไอโซโทปสตรอนเชียม 87 ซึ่งมักใช้ในนาฬิกาอะตอมระบายความร้อนให้เหลือเศษเสี้ยวขององศาเหนือศูนย์สัมบูรณ์และวางไว้ในโครงสร้างที่เรียกว่าตาข่ายแสง ตาข่ายแสงใช้ลําแสงตัดกันของแสงเลเซอร์เพื่อสร้างภูมิทัศน์ของยอดเขาและหุบเขาที่คล้ายกับกล่องไข่ซึ่งอะตอมแต่ละอะตอมจะถูกวางไว้ในหุบเขาแห่งใดแห่งหนึ่งตาม NIST
อะตอมสตรอนเชียมแต่ละตัวแกว่งไปมาโดยติ๊กด้วยตัวเองภายในหุบเขา 500 ล้านล้านครั้งต่อวินาทีเช่นลูกตุ้มของนาฬิกาปู่ด้วยกล้องจุลทรรศน์ทําให้ทีมสามารถวัดเศษเสี้ยวของวินาทีเป็นทศนิยม 19 ตําแหน่งที่น่าทึ่งตามบทความปี 2018 ในวารสาร Proceedings of the National Academy of Sciences
อะตอมสตรอนเชียมในตาข่ายออปติคอลถูกจัดเรียงในหลายชั้นเหมือนกองแพนเค้กทั้งสองเวลล์กล่าวว่า
โดยการส่องแสงเลเซอร์บนชั้นเขาและเพื่อนร่วมงานของเขาสามารถวัดความเร็วของอะตอมในแต่ละชั้นเห็บ ”เมื่อคุณไปจากบนลงล่างคุณจะเห็นแต่ละชั้นเต้นแตกต่างกันเล็กน้อยด้วยแรงโน้มถ่วง” ผลการวิจัยได้รับการตีพิมพ์เมื่อวันที่ 16 กุมภาพันธ์ในวารสาร Nature ”การทดลองนาฬิกาประเภทนี้สามารถส่องแสงบนธรรมชาติของเวลาได้เอง” Mukund Vengalattore นักฟิสิกส์ปรมาณูอิสระที่ไม่มีส่วนเกี่ยวข้องกับงาน นั่นเป็นเพราะอะตอมสตรอนเชียมมีความสามารถในการอยู่ในสิ่งที่เรียกว่าการซ้อนทับของรัฐซึ่งหมายความว่าสองรัฐในครั้งเดียวเขาเพิ่ม ตามกลศาสตร์ควอนตัมอนุภาคสามารถมีอยู่ในสองตําแหน่ง (หรือรัฐ) ในครั้งเดียวดังนั้นการทดลองในอนาคตอาจวางอะตอมสตรอนเชียมในการซ้อนทับซึ่งตั้งอยู่ใน “แพนเค้ก” ที่แตกต่างกันสองแห่งในเวลาเดียวกัน Vengalattore กล่าว
ด้วยอนุภาคในทั้งสองสถานที่พร้อมกันทีมสามารถวัดกาลเวลาตามจุดต่าง ๆ ตามอะตอมสตรอนเชียมซ้อนทับซึ่งจะเปลี่ยนไปด้วยแรงโน้มถ่วงที่แตกต่างกัน สิ่งนี้ควรแสดงให้เห็นว่า “ที่ปลายด้านหนึ่งของอนุภาคเวลากําลังทํางานด้วยความเร็วเดียว” Vengalattore กล่าว “และในอีกด้านหนึ่ง มันวิ่งด้วยความเร็วที่ต่างออกไป”ความเป็นไปได้ที่แปลกประหลาดอย่างไม่น่าเชื่อนี้ได้รับหัวใจของความแตกต่างระหว่างโลกควอนตัมและคลาสสิกเขาเสริม วัตถุคลาสสิกเช่นลูกเทนนิสและผู้คนไม่สามารถอยู่ในการซ้อนทับที่พวกเขาตั้งอยู่ในสองสถานที่พร้อมกัน แต่ที่การสลับระหว่างควอนตัมและคลาสสิกเกิดขึ้นไม่ชัดเจน โดยการเพิ่มระยะห่างระหว่างแพนเค้กนักวิจัยสามารถทําให้อนุภาคมีขนาดใหญ่ขึ้นและใหญ่ขึ้นและอาจเห็นได้เมื่อมันหยุดพฤติกรรมเหมือนอนุภาคควอนตัมและเหมือนคลาสสิก
การทดลองดังกล่าวอาจช่วยให้นักฟิสิกส์ได้ใกล้ชิดกับความฝันที่แสวงหามานานซึ่งเป็นทฤษฎีของทุกสิ่งที่จะรวมทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์เข้าด้วยกันซึ่งอธิบายถึงขนาดใหญ่มากด้วยกลศาสตร์ควอนตัมซึ่งอธิบายว่ามีขนาดเล็กมากในขณะเดียวกันการทดลองในปัจจุบันได้ช่วยให้ทีมมองเห็นวิธีการผลิตนาฬิกาปรมาณูที่แม่นยํายิ่งขึ้นทั้งสองเวลล์กล่าว เครื่องมือในอนาคตสามารถใช้ในการวัดความแตกต่างเล็ก ๆ น้อย ๆ ในมวลของโลกภายใต้พวกเขา, อาจทําให้นาฬิกาที่มีประโยชน์สําหรับการตรวจจับการไหลของแมกมาภายในภูเขาไฟ, การเปลี่ยนแปลงในน้ําละลายภายในธารน้ําแข็งหรือการเคลื่อนไหวของแผ่นเปลือกโลกของโลกของเรา, เขาเพิ่ม. เว็บตรงแตกง่าย
