Il passare del tempo non è così costante come si potrebbe pensare: la gravità lo rallenta, quindi gli orologi sulla superficie della Terra corrono più lentamente che nello spazio. Ora i ricercatori hanno misurato il passare del tempo a diverse velocità a una distanza di appena un millimetro.
L'idea che il tempo sia influenzato dalla gravità fu proposta per la prima volta da Albert Einstein nel 1915 come parte della sua teoria della relatività generale.
Lo spazio e il tempo sono indissolubilmente legati e grandi masse deformano il tessuto dello spazio-tempo con la loro enorme influenza gravitazionale.
Questo fa sì che il tempo scorra più lentamente quando si avvicina a una grande massa, come un pianeta, una stella o, nel caso più estremo, un buco nero. Questo fenomeno è noto come dilatazione del tempo.
Sulla Terra, la dilatazione del tempo significa in realtà che il tempo si muove più velocemente ad altitudini più elevate. Ad esempio, il tempo passa più velocemente in cima all'Everest che al livello del mare.
Ma questo vale anche per distanze più brevi: qualcuno che vive in un appartamento al 10° piano invecchierà più velocemente di qualcuno al piano terra, e anche la tua testa invecchierà più velocemente dei tuoi piedi.
Naturalmente, le differenze nel flusso del tempo a queste distanze sono così piccole da essere quasi impercettibili, ma possono essere misurate con orologi atomici, che tengono il tempo in modo molto accurato utilizzando l'affidabile "ticchettio" degli atomi.
Confrontando gli orologi atomici sui satelliti e sugli aerei con quelli a terra, gli scienziati sono stati in grado di misurare la dilatazione del tempo su distanze fino a migliaia di chilometri. Ma in un nuovo studio, gli scienziati di JILA hanno misurato la dilatazione del tempo alla distanza più piccola finora: solo un millimetro.
Per effettuare questa misurazione, il team ha utilizzato un orologio atomico costituito da una nuvola ultrafredda di 100.000 atomi di stronzio.
Rallentare il tempo alla velocità della luce
Perché il tempo rallenta a causa della gravità e della velocità della luce?
Il battito dell'orologio deriva dagli atomi che passano avanti e indietro tra due livelli di energia, cosa che fanno con una frequenza estremamente affidabile. Controllando attentamente questi stati energetici, gli scienziati sono stati in grado di far funzionare tutti gli atomi nella nuvola all'unisono per 37 secondi, un tempo record.
In questo orologio atomico, gli atomi sono stati caricati in un reticolo ottico, che li impila in diversi strati sottili, come una pila di frittelle. Una volta che gli atomi hanno iniziato a ticchettare all'unisono, gli scienziati hanno utilizzato tecniche di imaging estremamente precise per misurare il ticchettio nella parte superiore della pila rispetto alla parte inferiore.
Infatti, hanno riscontrato una differenza tra le due aree a causa della dilatazione dei tempi. Lo spostamento di frequenza era, ovviamente, minuscolo, solo 0,0000000000000000000001, ma tuttavia poteva essere misurato.
Gli scienziati affermano che questo lavoro potrebbe non solo aiutare a rendere gli orologi atomici 50 volte più accurati di quanto non siano ora, ma anche aprire nuovi strumenti per esplorare i misteri della fisica.
Al momento, la forza di gravità non può essere spiegata in termini di fisica quantistica, ma essere in grado di misurare la sua influenza su scale sempre più piccole potrebbe svelarne i segreti e forse rivelare l'anello mancante tra la fisica quantistica e quella classica.
Il risultato più importante ed entusiasmante è che possiamo potenzialmente mettere in relazione la fisica quantistica con la gravità, ad esempio, esplorando la fisica complessa in cui le particelle sono distribuite in luoghi diversi nello spazio-tempo curvo, ha affermato Jun Ye, autore principale dello studio.
Essere in grado di misurare le differenze di tempo su una scala così piccola potrebbe permetterci di scoprire, ad esempio, che la gravità rompe la coerenza quantistica, il che potrebbe essere il motivo per cui il nostro mondo a macroscala è classico.
Lo studio è pubblicato sulla rivista Nature. Gli scienziati spiegano il loro lavoro nel video qui sotto.
2022-02-18 13:09:55
Autore: Vitalii Babkin