Ход времени, в отличие от того, как это представляет себе большинство людей, является далеко не постоянной величиной - известно, что увеличение сил гравитации замедляет ход времени. Из-за этого часы на поверхности Земли будут идти немного медленнее таких же часов, размещенных на околоземной орбите, а человек, живущий в пентхаузе, будет стареть несколько быстрее, чем человек, живущий на первом этаже этого же здания. Справедливости ради стоит заметить, что разница времени даже в таких масштабах почти неуловима, по крайне мере для человеческого восприятия, но с помощью высокоточного измерительного оборудования ее можно измерить, и недавно группе ученых-физиков удалось измерить гравитационную деформацию времени на рекордно малом уровне масштаба, масштабе всего одного миллиметра.
Идея то, что ход времени затрагивается влиянием сил гравитации, принадлежит Альберту Эйнштейну и является частью его Общей теории относительности, сформулированной в 1915 году. В нашем мире пространство и время тесно взаимосвязаны, и большие количества материи своей гравитацией формируют искажения пространственно-временного континуума. Эффект замедления времени (time dilation) проявляется особо сильно при приближении к массивным звездам или, в самом экстремальном случае, к сверхмассивным черным дырам.
Изменения в ходе времени обычно измеряются при помощи самых точных часов - атомных часов. Используя атомные часы, установленные на самолетах и космических аппаратах, ученые уже дано измерили эти эффекты на расстояниях в тысячи километров. Но измерение замедления времени на меньшем уровне масштаба ранее было невозможным из-за отсутствия соответствующей измерительной техники.
И лишь недавно исследователям из института JILA (Joint Institute for Laboratory Astrophysics) университета Колорадо, которые специализируются на создании самых высокоточных атомных часов, удалось создать подходящий инструментарий и измерить эффект замедления времени в масштабе одного миллиметра.
Основой этого эксперимента стали, естественно, специализированные атомные часы, "сердцем" которых являлось облако из 100 тысяч охлажденных атомов стронция. Сигнал для отсчета времени генерируется атомами, постоянно переходящими из одного энергетического состояния в другое и назад, что происходит на строго определенной частоте, уникальной для каждого химического элемента. Посредством тщательного регулирования и контроля параметров, ученые добились полной синхронизации, все атомы облака колебались (совершали переходы) абсолютно одновременно в течение 37 секунд, рекордного для такого отрезка времени.
В данном случае атомы стронция были размещены в узлах многослойной трехмерной оптической решетки, которую можно представить себе как высокую стопку блинов. После завершения процедуры принудительной синхронизации ученые использовали высокоточные измерительные времени для обнаружения разницы в частотах колебаний атомов на вершине решетки и в ее основании.
Сдвиг частоты колебаний атомов между этими двумя регионами, которые разделяло расстояние в один миллиметр, составил 0.0000000000000000001 процента. Это является очень и очень малым отклонением, которое, тем не менее, все еще остается в зоне чувствительности использованного самого современного измерительного оборудования.
Ученые заявили, что проведенные ими работы и эксперименты не только позволили сделать атомные часы в 50 раз точнее, чем их предыдущие версии. Теперь эти часы превратились в своего рода инструмент для "зондирования" новых областей, лежащих за известными на сегодняшний день пределами фундаментальной физики. К примеру, природа сил гравитации все еще не может быть объяснена с точки зрения квантовой механики, но способность увидеть и измерить эффекты влияния гравитации в самом малом масштабе может позволить раскрыть некоторые из тайн и, возможно, указать на недостающее звено, которое станет мостом между классической физикой и квантовой механикой.