時間の経過は、想像するほど一定ではありません。重力によって速度が低下するため、地球の表面の時計は宇宙よりも遅くなります。現在、研究者たちは、わずか1ミリメートルの距離でさまざまな速度で時間の経過を測定しました。
時間は重力の影響を受けるという考えは、1915年にアルバートアインシュタインによって一般相対性理論の一部として最初に提案されました。
空間と時間は密接に関連しており、大きな塊はそれらの巨大な重力の影響で時空の構造を歪めます。
これにより、惑星、星、または最も極端な場合はブラックホールなどの大きな質量に近づくにつれて、時間がゆっくりと流れます。この現象は時間の遅れとして知られています。
地球上では、時間の遅れは実際には、より高い高度で時間がより速く移動することを意味します。たとえば、エベレストの頂上では海面よりも時間が速く経過します。
しかし、これは短距離でも当てはまります。10階のアパートに住む人は、1階の人よりも早く老化し、頭でさえ足よりも早く老化します。
もちろん、これらの距離での時間の流れの違いはほとんど感知できないほど小さいですが、原子の信頼できる「刻み」を使用して非常に正確に時間を維持する原子時計で測定できます。
衛星や航空機の原子時計を地上の原子時計と比較することで、科学者は最大数千キロメートルの距離にわたる時間の遅れを測定することができました。しかし、新しい研究では、JILAの科学者は、これまでの最小距離（わずか1ミリメートル）で時間の遅れを測定しました。
この測定を行うために、チームは100,000個のストロンチウム原子の極低温雲で構成された原子時計を使用しました。
光速で時間を遅くする
重力と光速のために時間が遅くなるのはなぜですか？
時計の刻みは、原子が2つのエネルギーレベル間を行ったり来たりすることで発生します。これは、非常に信頼性の高い周波数で行われます。これらのエネルギー状態を注意深く制御することにより、科学者はクラウド内のすべての原子を記録的な時間である37秒間完全に一致させることができました。
この原子時計では、原子は光格子にロードされ、パンケーキのスタックのように、いくつかの薄い層に積み重ねられます。原子が一斉にカチカチ音をたて始めたら、科学者は非常に正確な画像技術を使用して、スタックの下部と比較して上部のカチカチ音を測定しました。
確かに、彼らは時間の遅れのために2つの領域の間に違いを見つけました。もちろん、周波数シフトはわずか0.00000000000000000001でしたが、それでも測定できました。
科学者たちは、この研究は原子時計を現在の50倍正確にするだけでなく、物理学の謎を探求するための新しいツールを開くのにも役立つと述べています。
現在、重力は量子物理学の観点から説明することはできませんが、その影響をますます小さなスケールで測定できることで、その秘密が解き明かされ、おそらく量子物理学と古典物理学の間の欠落したリンクが明らかになる可能性があります。
最も重要でエキサイティングな結果は、たとえば、粒子が湾曲した時空のさまざまな場所に分布している複雑な物理学を探索することによって、量子物理学を重力に関連付けることができる可能性があることです。
このような小さなスケールで時間差を測定できることで、たとえば、重力が量子コヒーレンスを破壊することを発見できる可能性があります。これが、マクロスケールの世界が古典的である理由である可能性があります。
この研究は、ジャーナルNatureに掲載されています。科学者たちは下のビデオで彼らの仕事を説明しています。
2022-02-18 13:09:55
著者: Vitalii Babkin