Експеримент с часовници потвърди теорията на Айнщайн

14-годишен експеримент с часовници потвърждава основна дефиниция от теорията за относителността
(снимка: CC0 Public Domain)

Странен научен експеримент с часовници са провели изследователи от Националния институт за стандарти и технологии в Боулдър, Колорадо. Той е продължил 14 години, за докаже, че законите на физиката са вечни.

Учените събират 12 от най-точните часовници в света, включително четири водородни микровълнови лазерни устройства (мазери) и осем атомни хронографа от цезиеви фонтани, взети от метрологични лаборатории в САЩ, Великобритания, Франция, Германия и Италия, и започват да наблюдават колко синхронно отмерват времето.

Експериментът отнема 14 години, или 450 милиона секунди, според публикация в Wired. Целта била да се тества една от основните дефиниции на теорията на относителността от Айнщайн, която описва неизменността на законите на физиката независимо от времето. Тоест всички закони работят еднакво вчера, днес, утре и след милиони години.

Но как можете да проверите това с помощта на тиктакащия часовник? Учените наблюдавали отблизо атомния часовник, при който „тиктакането” се дължи на вибрацията на електроните около атома под въздействието на светлината. Когато възникне определено количество вибрации, специален сензор приема тази стойност за секунда от времето. Вибрацията на атомите е толкова постоянна, че часовниците няма да загубят или спечелят дори частица секунда в продължение на десетки милиони години.

Физическият процес на вибрации на атомите представлява сериозен интерес за учените. Използвайки усъвършенствани инструменти, те фиксират внимателно вибрацията, опитвайки се да забележат най-малкото отклонение в периодичността на вибрациите на електрони около малък атом.

За да отброи атомният часовник една секунда, атомът на цезия трябва да вибрира 9 192 631 770 пъти. И тази цифра не се променя, не се увеличава или намалява. Ето защо атомните часовници се считат за най-точното устройство за измерване на времето на Земята.

Учените използвали два атомни часовника с различни честоти на вибрации на електрони, някои от които работят върху цезиев атом, а други върху водороден атом. Необходим е период от 14 години, за да се тества влиянието върху атомния часовник на фактори като въртенето на нашата планета, електромагнитните бури и други физически процеси на света около нас.

Ако по време на периода на наблюдение атомът вибрира не точно определения брой пъти, твърдението на Айнщайн за неприкосновеността на физическите закони ще бъде опровергано. Останалите 12 високо прецизни часовника са използвани за постоянно сравнение с атомните показания.

Основният резултат от изследването е, че атомите на цезий и водород се държат абсолютно еднакво в продължение на 14 години, дори в различни точки в космоса, поради въртенето на Земята в нейната орбита. Но това не означава, че законите на физиката никога не се променят. Експериментът показа само, че физическите закони не са се променили през последните 14 години.

Тестването на основите на теориите е наложително и особено на теориите на великия Айнщайн, казва физикът Клифорд Уил, един от многото, които са наблюдавали експеримента с часовника. Той забеляза, че ако изследователите открият поне минимално отклонение при отброяването на времето, това просто ще обърне с главата надолу всичко, което човечеството знае за физиката.

Самите учени от наблюдаващата група ще повтарят експеримента в бъдеще с използване на още по-точни инструменти, за да потвърдят евентуално досегашните изводи от изследването.