Время, как и деньги, кажется важным только тогда, когда оно заканчивается. Но для физиков время всегда имеет большое значение. Относительность говорит нам, что течение времени зависит от обстоятельств, в которых вы его измеряете: часы тикают быстрее на вершине горы, чем на уровне земли, и чем быстрее вы идете, тем медленнее идут ваши часы. Время зависит от пространства.

Но теперь, благодаря технологическим достижениям в атомных часах — самых точных устройствах для отчета времени, которые люди разработали - мы можем изменить ситуацию и более точно определить физические параметры, изучая ход времени. Наше понимание пространства будет зависеть от времени.

Но в дополнение к пониманию физического пространства вокруг них, устройства могут также помочь найти гравитационные волны, проверить предсказания относительности и охотиться на темную материю.

Атомная синхронизация

Все это может показаться довольно сложным (и это так), поэтому давайте начнем с основ. Как пишут авторы статьи: "Ход времени отслеживается путем подсчета колебаний эталона частоты, таких как вращения Земли или качания маятника. Ссылаясь на атомные переходы, частота (и, следовательно, время) может быть измерена более точно, чем любая другая физическая величина". Итак, посчитайте, как часто конкретные атомы переключаются между уровнями энергии, и вы получите самые точные данные.

Последние часы основаны на 1000 атомах иттербия, охлажденных почти до абсолютного нуля, захваченных в 1-D решетках (то есть столбцах), сделанных из лазерных лучей. Посредством всех показателей производительности атомных часов — минимизации ошибок атомных частот, обеспечения стабильности тиков и воспроизводимости результатов — исследователи NIST создали просто невероятно точные часы. Погрешность порядка 10 ^-18.

На самом деле, эти атомные часы настолько точны, что на самом деле они чувствительны к гравитационным воздействиям. Обычно релятивистские причуды гравитации, которые изменяют течение времени, слишком малы, чтобы мы могли их заметить То есть они настолько точны, что единственное, что может изменить их, это сама гравитация. Часы выше, дальше от центра Земли, тикают быстрее.

Это важное дело для науки геодезии, которая измеряет форму Земли и гравитационное влияние. Наша текущая картина точной поверхности планеты зависит от спутников и компьютерного моделирования, которые обеспечивают довольно хорошее разрешение, вплоть до нескольких сантиметров. Но эти атомные часы снизят это разрешение до одного сантиметра. Вооружившись двумя из этих часов, исследователи могли сравнить уровень моря на двух разных континентах, точную высоту горы или любое другое измерение на основе высоты (и, следовательно, на основе гравитации).

Фото: innov.ru