중력은 시간의 흐름을 결정합니다. 따라서 아인슈타인의 일반 상대성 이론(GR)에 따르면 시계는 높은 고도에서 조금 더 빠르게 작동합니다. 그러나 이 효과를 등록하기 위해서는 매우 정확한 크로노미터가 필요합니다. 이것이 바로 도쿄 대학의 과학자들이 만든 것입니다.
물리적 실험을 수행하기 위해 그들은 원자 시계의 소형 버전을 사용했습니다. 이 과학 기기를 사용하면 소수점 이하 18자리까지 놀라운 정확도로 시간 경과를 측정할 수 있습니다.
그러나 슈퍼 워치만으로는 충분하지 않습니다. 중력이 지구 표면보다 약간 약하기 때문에 매우 높은 고도에 배치해야합니다.
일본 물리학자들은 위대한 과학자 이론의 일관성을 다시 한 번 입증했습니다. 일반 상대성 이론은 이 높이에 대해 정확히 4.3 나노초의 차이를 예측합니다.
사진 제공: RIKEN.
이전에는 이러한 실험을 위해 물리학자들이 비행기와 심지어 위성에서 원자 시계를 비행 중에 보냈습니다. 일본 전문가들은 다른 경로를 선택했습니다. 그들은 장비를 도쿄 스카이트리 TV 타워의 고층에 배치했습니다. 이것은 세계에서 가장 높은 구조입니다. 또한 부르즈 할리파에 이어 세계에서 두 번째로 높은 건물입니다.
아인슈타인의 일반 상대성 이론에 따르면 고도 450미터에 위치한 TV 타워 전망대에서는 발보다 시간이 조금 더 빨리 가야 합니다. 물리학자들이 기록한 것은 바로 이 효과입니다. 건물 1층에 원자시계 1개, 전망대에 원자시계 1개를 설치한 그들은 중력이 약해 고도에서 낮이 약 4.3나노초 더 빨리 날아간다는 사실을 발견했습니다. 1년 동안 1,6마이크로초가 이미 실행되었습니다. 그러나 1마이크로초는 100만분의 1초이기 때문에 행성 표면에 있는 동안 더 많은 경우를 다시 실행할 시간이 없을 것입니다.
그러나 현재 작업은 여전히 실용적 의미가 큽니다. 사실 떠오르는 태양의 땅의 과학자들이 만든 원자 시계는 너비가 44cm, 길이가 64cm, 높이가 30cm인 상자 3개로 비교적 작은 크기를 가지고 있습니다. 일반적으로 이러한 장비는 약 20제곱미터 면적의 실험실을 차지합니다. 동시에 초보자는 이미 말했듯이 정확도가 매우 높습니다. (이전의 모든 소형 대응 제품은 훨씬 덜 정확했습니다.)
보통 원자시계는 이렇게 생겼습니다.
사진(c) 2019 Katori et al.
소형화로 인해 현장에서 새로운 원자 시계를 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 산, 화산 근처 또는 해저에서 중력의 변화를 기록하기 위해. 그러한 데이터는 지질학자들이 지각에서 일어나는 변화에 대해 더 많이 배우는 데 도움이 될 것입니다.
실험과 그 결과에 대한 설명은 Nature Photonics 저널에 게재되었습니다.