Физика

Атомные часы позволили протестировать симметрию пространства-времени

PNAS

Использование атомных часов с исключительно высокой стабильностью хода дало физикам возможность проверить справедливость лоренц-инвариантности — фундаментальной симметрии пространства-времени, одной из основ теории относительности. Ученые не нашли отклонений, что в очередной раз подтвердило правоту Эйнштейна. Результаты опубликованы в журнале Nature.

Теория относительности Эйнштейна опирается на несколько фундаментальных принципов, выполнение которых необходимо независимо проверять как для подтверждения данной концепции, так и для сравнения с конкурирующими идеями. Одним из главных положений теории относительности является принцип относительности, согласно которому все физические процессы протекают одинаково во всех инерциальных система отсчета, то есть покоящихся или двигающихся в любую сторону прямолинейно и с постоянной скоростью. Это же утверждение называют лоренц-инвариантностью, так как оно выражеает неизменность процессов при преобразовании Лоренца, которое описывает связь величин при переходе из одной инерциальной системы в другую, двигающуюся с иной скоростью.

В новом эксперименте физики использовали пару атомных часов, которые состояли из иона иттербия. Частицы испускают и поглощают фотоны со строгой периодичностью, что позволяет отсчитывать время, наблюдая их. Ученые следили за отсчетами по-разному ориентированных часов на протяжении полугода. За это время Земля неоднократно сделала оборот вокруг оси, а также совершила пол оборота вокруг Солнца. Если бы лоренц-инвариантность нарушалась, то в процессе этого движения при смене ориентации в пространстве часы начинали бы идти быстрее или медленнее. Однако авторам не удалось обнаружить подобных изменений на уровне 10-19, что позволяет исключить нарушения лоренц-инвариантности на уровне 10-21. Это примерно в 100 раз точнее, чем предыдущие измерения.

Несмотря на столь точное выполнение данного принципа, многие попытки построить теорию квантовой гравитации предполагают нарушение лоренц-инвариантности, особенно в случае высоких энергий. Подобные проверки справедливости основ теории относительности позволяют установить ограничения на энергии, при которых могут начинать проявляться отклонения.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.