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原子钟可以实现最佳的时间相对性测量

点击量:   时间:2017-12-04 01:04:13

安德鲁布鲁克斯,国家物理实验室/ SPL作者:Anil Ananthaswamy我们最准确的时钟正在探索爱因斯坦相对论的一个关键原则:时间不是绝对的任何违反这一原则的行为都可能使我们找到一个长期寻求的理论,将爱因斯坦的思想与量子力学结合起来狭义相对论确定物理定律对于任何两个相对于彼此以恒定速度移动的观察者是相同的,称为洛伦兹不变性的对称性一个结果是他们会观察彼此以不同速率运行的时钟每个观察者都会认为自己是静止的,并且看到另一个观察者的时钟在慢慢地滴答作响 - 这种效应称为时间膨胀爱因斯坦的广义相对论加强了这种效应它说,如果它们经历不同的引力,时钟会以不同的方式运行二十年来,将GPS卫星上的原子钟与地球上的原子钟进行比较,有助于测试效果 - 并始终证实了这一点但是,由于任何相对性的偏差都非常微妙,我们可能需要更精确的工具才能找到它大多数原子钟依赖于当铯-133原子中的电子改变能量状态时发射的微波辐射的频率使用锶原子的下一代时钟具有至少三倍的精度,在150亿年内几乎不会增加或减少一秒钟 “违反洛伦兹不变性可能指向一种结合相对论和量子力学的方法”现在,巴黎天文台的PacômeDelva和他的同事们使用锶钟来测试时间膨胀两条光纤链路,一条位于伦敦和巴黎之间,另一条位于巴黎和德国不伦瑞克之间,用于比较这些位置的设备由于它们在地球表面的位置,这些时钟以不同的速度移动,相对性可以精确预测它们经历的时间膨胀程度例如,靠近赤道的时钟应该比靠近北极的时钟更慢一天之后,巴黎和伦敦的时钟应显示5纳秒的差异为了比较它们,该团队将激光器与每个时钟锶原子的辐射频率进行同步然后,他们将光束传输到光纤链路上,允许它们叠加激光器以检测频率上的任何明显差异,表明一个时钟比另一个时钟更快通过测量,团队计算了一个名为alpha的参数,如果没有违反洛伦兹不变性,该参数应为零最新结果显示,α小于10-8 - 结果比使用铯钟的实验好两个数量级,并且通过研究锂离子移动三分之一的电子跃迁获得的精度是先前最佳极限的两倍光速(arxiv.org/abs/1703.04426v1)英国Teddington国家物理实验室的团队成员JochenKronjäger表示,让实验运行更长时间可以进一步提高准确性到目前为止,相对论非常好但是,如果对洛伦兹不变性的违反进行测量,物理学家会如何反应 “直接后果是没有人会相信它,”德国法兰克福高等研究院的理论家Sabine Hossenfelder说但是,如果确认违规行为,其影响将是巨大的 “定量引力,暗物质和暗能量的本质 - 这些是洛伦兹不变性违反对于基础理论的性质极为重要的三个大问题,”她说这篇文章出现在标题“网络原子钟寻求不合时宜的行为”的印刷品中更多关于这些主题: