악명 높은 쌍둥이 역설은 우주 비행사 앨리스를 타오르는 우주 항해로 보냅니다. 그녀가 쌍둥이 밥과 재결합하기 위해 돌아 왔을 때, 그녀는 자신보다 훨씬 빨리 나이가 들었다는 것을 알게됩니다. 잘 알려져 있지만 당황한 결과입니다. 빠르게 움직일 때 시간이 느려집니다.
중력도 같은 일을합니다. Albert Einstein의 일반적인 상대성 이론에 따르면 지구-또는 모든 거대한 몸은 시공간 시간을 시간에 느리게하는 방식으로 시공간을 날려 버립니다. 앨리스가 해수면에서 그녀의 삶을 살았고 에베레스트 꼭대기에서 밥이 지구의 중력 당김이 약간 약한 경우, 그는 다시 더 빨리 나이가 들었습니다. 지구의 차이는 겸손하지만 실제적입니다. 원자 시계를 산과 계곡 바닥에 넣고 둘 사이의 차이를 측정하여 측정되었습니다.
.물리학 자들은 이제이 차이를 밀리미터로 측정했습니다. 이달 초 과학적 사전 인쇄 서버 Arxiv.org에 게시 된 논문에서, 콜로라도 주 볼더에있는 Jila의 물리학자인 Jun Ye 실험실의 연구원들은 밀리미터 높이의 원자 구름의 상단과 하단 사이의 시간 흐름의 차이를 측정했습니다.
.이 작업은 일반 상대성과 양자 역학의 교차점에서 물리학을 연구하기위한 단계입니다. 새 시계는 기본적으로 양자 시스템 (원자 시계)을 가져 와서 중력의 풀과 얽혀 있습니다.
실험에서 YE의 팀은 광학 격자 시계를 사용하여 레이저에 의해 간질이 될 수있는 100,000 Strontium 원자의 구름을 사용했습니다. 레이저의 주파수가 옳은 경우, 각 원자 공전하는 전자는 더 높고 더 활기 넘치는 궤도에 흥분됩니다. 작은 범위의 레이저 주파수만이 전자가 움직 이도록 동기를 부여하기 때문에이 주파수를 측정하면 매우 정확한 시간을 측정합니다. 그것은 Quantum 할아버지 시계와 같습니다. 진드기는 진자의 스윙이 아닌 레이저 조명의 진동에서 나옵니다.
연구원들은 시계를 두 개로 나누었습니다. 카메라에서 구름을보고 상단과 하단 반쪽에 두 개의 가상 상자를 그렸습니다. 그런 다음 구름 상단의 원자가 경험 한 시간이 하단에있는 사람들이 경험 한 시간보다 짧은 시간이 0.0000000000000000001% 더 짧다는 것을 발견했습니다.
.그들이 동일한 클라우드의 두 부분을 비교하는 교대를 측정 한 특정 방법으로 두 부분에 공통적 인 많은 노이즈를 취소 할 수있었습니다. 거친 바다에서 범선을 측정하는 것과 같습니다. 예측할 수 없을 정도로 위아래로 튀어 나오더라도 용골과 마스트 사이의 거리는 항상 일정하게 유지됩니다. 전기장, 자기장, 레이저 조명 자체, 환경에서 열 등 여러 가지로 인해 원자 구름으로 만든 시계가 표류 할 수 있지만 구름의 상단과 하단 사이의 주파수 차이는 동일하게 유지됩니다. 그 차이를 측정하면 중력의 효과가 나타났습니다. 국립 표준 기술 연구소 (National Institute of Standards and Technology)의 원자 시계 전문가 인 앤드류 루드 로우 (Andrew Ludlow)는“이는 할 일이 아닙니다.
사전 인쇄에 따르면,이 데모는 일반 상대성과 양자 역학의 연합을 연구하기위한 단계입니다. (저자는 논문이 동료 검토 저널에 출판 될 때까지 인터뷰를 거부했습니다.)
상대성은 객체가 잘 정의 된 특성을 가지고 있으며 한 위치에서 다른 위치로 예측할 수있는 시공간을 설명합니다. 대조적으로, 양자 이론에서, 물체는 한 번에 많은 속성의 "중첩"에있을 수 있거나 갑자기 특정 위치로 점프 할 수 있습니다. 이 두 가지 설명은 각각의 현실 영역과 잘 어울리지 만 합쳐질 때 부적절합니다.
따라서 현상을 설명하기 위해 양자 역학과 상대성 이론이 필요할 때 어떻게됩니까?
거대한 물체가 동시에 두 곳의 중첩에 넣는 경우를 생각해보십시오. 일반 상대성은 질량이있는 물체는 시공간의 직물을 구부려 야한다고 말합니다. 그러나 그 물체가 중첩에 있다면 어떨까요? 시공간의 기하학은 또한 중첩입니까?
그러한 질문을 연구하기 위해, 물리학 자들은 항상 중력과 양자 역학이 모두 중요한 시스템을 찾고 있습니다. 캐나다 워털루의 이론 물리학 연구소의 이론 물리학자인 Flaminia Giacomini는“시계는 이러한 유형의 기능을 테스트하는 가장 유망한 시스템 중 하나입니다. 시계는 자연스럽게 양자 역학과 상대성 사이의 경계를 가로 지릅니다. 그들은 본질적으로 상대 론적 개념 인 시간을 말합니다. 그것들은 또한 근본적으로 양자입니다. 전자가 한 에너지 수준에서 다른 에너지 수준으로 이동하는 방식은 두 레벨의 중첩을 통과하는 것입니다.
Ye의 팀이 현재 개선 속도에서 현재 몇 년 동안 약 10의 다른 요인으로 시계의 민감도를 향상 시키면 원자의 행동에서 중력 효과를 찾기 시작할 수 있습니다. 이것의 첫 번째 서명은 디코 언어라는 프로세스에 나타납니다.
디코 언어는 이상한 양자 역학의 세계에서 일상 경험의 평범한 세계로의 전환을 담당합니다. 환경이 양자 시스템과 상호 작용할 때마다 시스템에서 이루어진 작은 측정으로 볼 수 있습니다. 환경이 양자 시스템에 대해 무언가를 배우고 "양자"를 파괴하는 방법입니다. 물리학 자들은 그들을 방해하는 환경의 어떤 것들로부터 양자 실험을 보호하는 데 매우 능숙했습니다. 그러나 그들은 중력에서 그들을 보호 할 수 없습니다.
Ye의 시계의 원자가 구름에서 위아래로 이동함에 따라 시간 흐름의 변화를 경험하면 중력은 서로 상호 작용하는 방식을 바꾸고 역학을 관찰 할 수있는 변화를 유발합니다. 중력이 중력이 중력이라고 불리는 기본 입자로 양자화되는 양자 중력 자체가 아닙니다. 그러나 새로운 현상을 일으키기 위해 양자 역학과 중력이 짜여진 것은 귀중한 사례입니다.
Giacomini는“양자와 중력 효과가 모두 역할을 할 때 중력의 유형이 어떤 행동 유형의 행동을하는지 알 수 있도록 도와주는 것은 미래의 연구에 매우 도움이 될 것이라고 생각합니다.
