Альберт Эйнштейн предположил, что время во Вселенной течет с разной скоростью — чем ближе объект находится к источнику гравитации, тем медленнее ход времени. Саму же гравитацию описывают как универсальное взаимодействие между всеми материальными телами. Ученые уверены, что достаточно точные атомные часы могут служить инструментом, с помощью которого можно измерить то, как объекты за счет гравитации искажают окружающее пространство.
Эндрю Ладлоу, физик из Национального института стандартов и технологий в Боулдере, штат Колорадо, рассказал о весьма необычном эксперименте. Любые часы — это просто прибор, измеряющий время. Точками отсчета могут быть и колебания маятника, и вибрация атома — принципиальной разницы между ними нет, вопрос лишь в точности. Однако оптические часы, которые использовали исследователи, хоть и соблюдают тот же принцип, но отличаются от привычной нам системы.
Для начала ученые использовали лазеры, чтобы создать импровизированную ловушку для атомов в форме ряда «чашек». Тысячи атомов иттербия заполняют эти емкости, и если воздействовать на них лазерным лучом правильной частоты, то электроны на орбите совершат переход на один энергетический уровень. За секунду они осуществят невероятное количество переходов (около квадриллиона), однако это число фиксировано. Как только лазер настроен на «идеальную» частоту и этот шаг пройден — начинается перевод информации из частоты лазерного излучения в сигнал, который может принять и расшифровать электронное устройство, то есть те самые часы.
В чем же новизна открытия? По факту, исследователи смогли настолько точно установить частоту излучения, что теперь эти данные можно использовать для определения влияния гравитации на само пространство-время. Погрешность часов ничтожна: потребовалось бы время, превышающее возраст нашей Вселенной (13,8 миллиарда лет), чтобы часы «потеряли» секунду из-за мелких неточностей измерения. На сегодняшний день это лучшие атомные часы из всех, что были созданы. Физики уже планируют использовать их для обнаружения загадочной темной материи: засечь ее очень непросто, и один из самых надежных способов — измерить влияние гравитации этой субстанции на пространство-время вокруг нее. В космосе часы почти не будут подвержены локальному гравитационному влиянию (как, например, сейчас на них влияет гравитация Земли), а потому измерения будут еще более точными.
