시간의 흐름은 생각만큼 일정하지 않습니다. 중력은 시간을 느리게 하므로 지구 표면의 시계는 우주보다 느리게 작동합니다. 이제 연구원들은 단 1밀리미터의 거리에서 다양한 속도로 시간의 흐름을 측정했습니다.
시간이 중력의 영향을 받는다는 생각은 1915년 알버트 아인슈타인이 일반 상대성 이론의 일부로 처음 제안했습니다.
공간과 시간은 떼려야 뗄 수 없는 관계에 있으며, 거대한 질량은 엄청난 중력의 영향으로 시공간의 구조를 뒤틀고 있습니다.
이것은 행성, 별, 또는 가장 극단적인 경우 블랙홀과 같은 큰 질량에 접근함에 따라 시간이 더 느리게 흐르게 합니다. 이 현상을 시간 팽창이라고 합니다.
지구에서 시간 팽창은 실제로 더 높은 고도에서 시간이 더 빨리 움직인다는 것을 의미합니다. 예를 들어, 에베레스트 정상은 해수면보다 시간이 더 빨리 갑니다.
그러나 이것은 더 짧은 거리에서도 적용됩니다. 10층 아파트에 사는 사람은 1층에 사는 사람보다 빨리 늙고 머리도 발보다 빨리 늙습니다.
물론, 이러한 거리에서 시간의 흐름의 차이는 거의 감지할 수 없을 정도로 작지만, 원자 시계로 측정할 수 있습니다. 원자 시계는 신뢰할 수 있는 원자 "똑딱"을 사용하여 시간을 매우 정확하게 유지합니다.
과학자들은 위성과 항공기의 원자 시계를 지상의 시계와 비교함으로써 최대 수천 킬로미터의 거리에서 시간 팽창을 측정할 수 있었습니다. 그러나 새로운 연구에서 JILA의 과학자들은 지금까지 가장 작은 거리인 1밀리미터에서 시간 팽창을 측정했습니다.
이 측정을 수행하기 위해 팀은 100,000개의 스트론튬 원자로 구성된 극저온 구름으로 구성된 원자 시계를 사용했습니다.
빛의 속도로 시간을 늦추다
중력과 빛의 속도로 인해 시간이 느려지는 이유는 무엇입니까?
시계의 똑딱거리는 두 에너지 레벨 사이를 왔다갔다 하는 원자에서 비롯되며, 이는 매우 안정적인 주파수로 수행됩니다. 이러한 에너지 상태를 주의 깊게 제어함으로써 과학자들은 기록적인 시간인 37초 동안 구름의 모든 원자가 완벽한 조화를 이루도록 할 수 있었습니다.
이 원자 시계에서 원자는 팬케이크 더미처럼 여러 개의 얇은 층으로 쌓이는 광학 격자에 로드되었습니다. 원자가 일제히 똑딱거리기 시작하자 과학자들은 극도로 정밀한 이미징 기술을 사용하여 스택의 맨 위와 맨 아래의 틱을 측정했습니다.
실제로 그들은 시간 팽창으로 인해 두 영역의 차이를 발견했습니다. 물론 주파수 이동은 0.0000000000000000001로 아주 작았지만 그럼에도 불구하고 측정할 수 있었습니다.
과학자들은 이 연구가 원자 시계를 현재보다 50배 더 정확하게 만드는 데 도움이 될 뿐만 아니라 물리학의 신비를 탐구할 수 있는 새로운 도구를 열 수 있다고 말합니다.
현재 중력의 힘은 양자 물리학의 관점에서 설명할 수 없지만 점점 더 작은 규모에 대한 중력의 영향을 측정할 수 있게 되면 중력의 비밀을 풀 수 있고 양자 물리학과 고전 물리학 간의 누락된 연결 고리를 밝힐 수 있습니다.
가장 중요하고 흥미로운 결과는 예를 들어 곡선 시공간에서 입자가 서로 다른 위치에 분포되어 있는 복잡한 물리학을 탐구함으로써 양자 물리학을 중력과 잠재적으로 연관시킬 수 있다는 것이라고 연구의 주저자인 Jun Ye가 말했습니다.
아주 작은 규모로 시차를 측정할 수 있다는 것은 예를 들어 중력이 양자 일관성을 깨뜨리는 것을 발견할 수 있게 해주며, 이것이 우리의 거시적 세계가 고전적인 이유가 될 수 있습니다.
이번 연구는 네이처 저널에 게재됐다. 과학자들은 아래 비디오에서 그들의 작업을 설명합니다.
2022-02-18 13:09:55
작가: Vitalii Babkin