คราวนี้มันเป็นส่วนที่เปลี่ยนความโน้มถ่วงของสัมพัทธภาพทั่วไป และความเข้มงวดหรือไม่ ดีกว่าส่วนหนึ่งในหนึ่งร้อยล้าน!
Steven Chu (รัฐมนตรีว่าการกระทรวงพลังงานของสหรัฐทำอย่างไรแม้ว่างานนี้จะเสร็จในขณะที่เขาอยู่ที่ University of California Berkeley), Holger Müler (Berkeley) และ Achim Peters (มหาวิทยาลัย Humboldt ในกรุงเบอร์ลิน) ชนะการทดสอบ redshift แรงโน้มถ่วงที่ดีที่สุดก่อนหน้านี้ (ใน ปี 1976 ใช้นาฬิกาอะตอมสองอัน - หนึ่งเรือนบนพื้นโลกและอีกเรือนหนึ่งส่งขึ้นไปที่ระดับความสูง 10,000 กม. ในจรวด) ประมาณ 10,000 ครั้ง?
โดยการใช้ประโยชน์จากความเป็นคู่ของอนุภาคคลื่นและการซ้อนทับภายในอะตอม interferometer!
เกี่ยวกับรูปนี้
: แผนผังของวิธีการทำงานของเครื่องวัดการรบกวนของอะตอม วิถีของอะตอมทั้งสองนั้นถูกพล็อตเป็นฟังก์ชันของเวลา อะตอมกำลังเร่งขึ้นเนื่องจากแรงโน้มถ่วงและเส้นที่แกว่งแสดงถึงการสะสมเฟสของคลื่นสสาร ลูกศรแสดงเวลาของพัลส์เลเซอร์ทั้งสาม (มารยาท: ธรรมชาติ)
แรงโน้มถ่วง redshift เป็นผลที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ของหลักการความเท่าเทียมที่รองรับความสัมพันธ์ทั่วไป หลักการสมมูลระบุว่าผลกระทบของแรงโน้มถ่วงในท้องถิ่นนั้นเหมือนกับที่อยู่ในกรอบอ้างอิงที่เร่งความเร็ว ดังนั้นแรงเคลื่อนลงของคนในลิฟต์อาจเท่ากันเนื่องจากการเร่งขึ้นของลิฟต์หรือแรงโน้มถ่วง แสงพัลส์ที่ส่งขึ้นจากนาฬิกาบนพื้นยกจะถูกเปลี่ยนเป็นสีแดงเมื่อลิฟต์ยกขึ้นซึ่งหมายความว่านาฬิกานี้จะปรากฏขึ้นช้ากว่าเมื่อเปรียบเทียบแสงแฟลชที่เพดานลิฟท์กับนาฬิกาอีกเรือนหนึ่ง เนื่องจากไม่มีวิธีที่จะบอกแรงโน้มถ่วงและความเร่งเป็นชิ้น ๆ จึงจะเป็นจริงในสนามแรงโน้มถ่วง กล่าวอีกนัยหนึ่งยิ่งแรงโน้มถ่วงของนาฬิกาเกิดขึ้นมากเท่าไรหรือยิ่งใกล้เข้ากับวัตถุขนาดใหญ่มากเท่าไหร่มันก็ยิ่งช้าลงเท่านั้น
การยืนยันเอฟเฟกต์นี้สนับสนุนแนวคิดที่ว่าแรงโน้มถ่วงเป็นรูปทรงเรขาคณิต - การรวมตัวกันของความโค้งของกาลอวกาศ - เนื่องจากการไหลของเวลาไม่คงที่ตลอดทั้งจักรวาล แต่แตกต่างกันไปตามการกระจายตัวของวัตถุขนาดใหญ่ การสำรวจความคิดเกี่ยวกับความโค้งของกาลอวกาศนั้นมีความสำคัญเมื่อแยกความแตกต่างระหว่างทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัมที่แตกต่างกันเนื่องจากมีทฤษฎีสตริงบางเวอร์ชั่นที่สสารสามารถตอบสนองต่อสิ่งอื่นนอกเหนือจากเรขาคณิตของกาลอวกาศ
ความโน้มถ่วง redshift อย่างไรที่สำแดงตำแหน่งท้องถิ่น invariance (ความคิดที่ว่าผลลัพธ์ของการทดลอง - ไม่ใช่ความโน้มถ่วงเป็นอิสระจากที่ไหนและเมื่อใดในจักรวาลมันเป็นไป) มันเป็นสิ่งที่ยืนยันการทดสอบสามประเภทที่น้อยที่สุด สนับสนุนหลักการเทียบเท่า อีกสองคน - ความเป็นสากลของการเหวี่ยงและการแปรปรวนแบบลอเรนซ์ในท้องที่ - ได้รับการยืนยันด้วยความแม่นยำ 10 ประการ-13 หรือดีกว่าในขณะที่ redshift ความโน้มถ่วงก่อนหน้านี้ได้รับการยืนยันเพียงความแม่นยำ 7 × 10-5.
ในปี 1997 Peters ใช้เทคนิคการดักด้วยเลเซอร์ที่พัฒนาโดย Chu เพื่อจับอะตอมของซีเซียมและทำให้พวกมันเย็นลงถึงหนึ่งในล้านส่วนขององศา K (เพื่อลดความเร็วของพวกเขาให้มากที่สุด) จากนั้นใช้ลำแสงเลเซอร์แนวตั้ง ถึงอะตอมเพื่อวัดการเหวี่ยงโน้มถ่วง
ตอนนี้บุญชูและมิลเลอร์ตีความผลการทดลองนั้นอีกครั้งเพื่อให้การวัด redshift ความโน้มถ่วง
ในการทดลองแต่ละอะตอมมีการสัมผัสกับพัลส์เลเซอร์สามครั้ง การเต้นของชีพจรครั้งแรกทำให้อะตอมอยู่ในสถานะซ้อนทับของสองสถานะที่น่าจะเป็นไปได้อย่างเท่าเทียมกันไม่ว่าจะปล่อยให้มันอยู่ตามลำพังเพื่อชะลอตัวลงจากนั้นก็ตกลงสู่พื้นโลกภายใต้แรงดึงดูดของโลก ชีพจรที่สองถูกนำไปใช้ในเวลาที่เหมาะสมเพื่อผลักดันอะตอมในสถานะที่สองกลับมาสู่โลกได้เร็วขึ้น เมื่อมาถึงจุดนี้ชีพจรที่สามได้วัดการแทรกสอดระหว่างสองสถานะนี้ที่เกิดขึ้นจากการมีอยู่ของอะตอมในฐานะคลื่นความคิดที่ว่าความแตกต่างของความโน้มถ่วง redshift ในฐานะประสบการณ์ของทั้งสองรัฐที่มีอยู่ในระดับความสูงที่แตกต่างกัน การเปลี่ยนแปลงในเฟสสัมพัทธ์ของสองสถานะ
ข้อดีของวิธีนี้คือความถี่ที่สูงมากของคลื่น de Broglie ของซีเซียม - บางครั้งมี 3 × 1025เฮิร์ตซ์ ถึงแม้ว่าในช่วง 0.3 วินาทีของการเหวี่ยงเหวี่ยงคลื่นสสารในเส้นทางการเคลื่อนที่ที่สูงกว่านั้นมีเวลาผ่านไปเพียง 2 × 10-20มากกว่าคลื่นบนวิถีวิถีที่ต่ำกว่านั้นความถี่มหาศาลของการแกว่งของพวกเขารวมกับความสามารถในการวัดความแตกต่างของแอมพลิจูดเพียงส่วนหนึ่งใน 1,000 หมายความว่านักวิจัยสามารถยืนยัน redshift แรงโน้มถ่วงเพื่อความแม่นยำของ 7 × 10-9.
ดังที่Müllerกล่าวไว้“ ถ้าเวลาของการเหวี่ยงยืดออกไปถึงยุคของจักรวาล - 14 พันล้านปี - ความแตกต่างของเวลาระหว่างเส้นทางบนและล่างจะเป็นเพียงหนึ่งในพันส่วนที่สองและความแม่นยำของการวัดจะ เป็น 60 ps เวลาที่แสงจะเดินทางประมาณหนึ่งเซนติเมตร”
Müllerหวังที่จะปรับปรุงความแม่นยำของการวัด redshift เพิ่มเติมโดยการเพิ่มระยะห่างระหว่างสถานะการซ้อนสองสถานะของอะตอมซีเซียม ระยะทางที่ทำได้ในการวิจัยในปัจจุบันคือเพียง 0.1 มม. แต่เขากล่าวว่าโดยการเพิ่มสิ่งนี้เป็น 1 ม. ก็น่าจะเป็นไปได้ที่จะตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงทำนายโดยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป แต่ยังไม่ได้สังเกตโดยตรง
แหล่งที่มา: โลกฟิสิกส์; บทความนี้อยู่ในวารสาร Nature ฉบับวันที่ 18 กุมภาพันธ์ 2010
