科學最喜歡尋找新的方法來更有力地挑戰經過充分檢驗的理論,看看它們是否能不流血。
以時間膨脹為例——時間取決於你的相對速度和重力。 儘管它已經過測試使用高度精確的銫原子鐘,物理學家現在使用更精確的鍶原子鐘對其進行了測試,他們發現愛因斯坦仍然獲勝。
法國巴黎天文台的研究人員在歐洲各地建立了一系列最新一代的鍶原子鐘,以測試它們隨地球自轉的不同速度是否會影響它們的相對時間——就像愛因斯坦的原子鐘一樣狹義相對論預測。
考慮到這個理論已被檢驗的次數,不太可能有人會指望一擊就能徹底反駁狹義相對論。 然而,即使是微小水平上的輕微對比也可以為物理學家提供線索,說明強大但不相容的理論如何廣義相對論和量子力學可以結合在一起。
對於任何有點困惑的人,物理學家使用廣義相對論預測星系和恆星等大質量物體的行為方式,以及量子力學預測非常小的粒子將如何相互作用。
兩者都非常準確,但奇怪的是,這兩個想法不能很好地結合在一起。
通常這沒什麼大不了的,因為他們通常專注於不同的尺度,但當涉及到巨大的物體和微小的尺度時,例如發生在物體內部的事情黑洞,物理學變得奇怪,甚至經過充分測試的數學也崩潰了。
從真正的基本術語來看,廣義相對論主要涉及引力和空間,而它的表親——狹義相對論- 涉及時間和空間。
這些理論的「相對論」部分描述了宇宙的規則如何呈現給位於不同時間和空間的人。
根據稱為相對論規則洛倫茲不變性,無論您是在移動、靜止、在城市中央還是漂浮在太空中,所有物理定律都是相同的。
不幸的是,有一個小問題——同一系列規則說光有一個“僅一種速度' 政策。
如果光在真空中只能以一種速度傳播,那麼以不同速度移動或受到時空重力扭曲影響的兩個人必須就該速度達成一致。
這意味著他們都必須同意光的傳播速度約為每秒 3 億公尺(或略低於每秒 10 億英尺),但他們對彼此時間的看法反而減慢了。
這個奇怪的物理學小怪癖被稱為時間膨脹已經測量超過和再次- 甚至迫使我們在數學中考慮到它我們的 GPS 衛星。
為了測量時間根據您的移動速度而變慢的細微差別,您需要一個極其精確的時鐘。
本次實驗使用了四光學晶格鐘基於“滴答”幾千個鍶原子,它們沐浴在極其穩定的雷射的照射下,被迫每秒轉換約 430 兆次能階。
這些時鐘非常穩定,在 150 億年的時間裡不會丟失或增加一秒,這使得它們比上一代銫原子鐘精確三倍。
其中兩個鍶鐘位於巴黎天文台,一個位於德國的布倫瑞克,第四個位於英國的特丁頓。 然後所有這些都用光纖連接起來,光纖攜帶雷射來激發原子的滴答聲。
由於這三個城市位於地球上不同的緯度,因此隨著地球旋轉,這三個城市以不同的速度移動,從技術上講,這應該意味著從彼此的角度來看,時間的流動似乎有所不同。
透過使用同一雷射在一定距離內協調時鐘,研究小組可以準確地檢測到時鐘頻率的任何變化,從而告訴他們哪些時鐘比其他時鐘走得稍快或稍慢。
利用這些測量結果,研究人員計算出一個名為「alpha」的參數,該參數小於 0.0000001——足夠接近他們得出洛倫茲變分仍然完好無損所需的零值。
該研究目前正在預發表網站上等待審核arXiv.org,雖然結果沒有突破任何激進的新領域,但在通過同儕審查之前,仍應持保留態度。
但如果這個數字大到足以顯示洛倫茲變分已被違反怎麼辦?
「直接的後果就是沒人會相信它,」未參與這項研究的理論物理學家薩賓·霍森菲爾德 (Sabine Hossenfelder) 說道,告訴阿尼爾·阿南薩斯瓦米新科學家。
「量子引力,[的本質]暗物質, 和暗能量- 這是三個大問題,對於這些問題,洛倫茲不變性違規將是關於基本理論性質的極其重要的暗示,”霍森菲爾德說。
似乎每隔一天,愛因斯坦的工作就會受到小規模的原子鐘或原子鐘的測試。巨大的遙遠星系。
並不是人們不信任這個人;而是人們不信任他。 更重要的是,對於像暗物質這樣誘人、奇怪的發現,或者我們在物理學中最好的兩個想法是不可調和的,我們希望在某種程度上存在一些迴旋餘地。
目前,還沒有任何跡象表明相對論有足夠的錯誤空間為量子力學騰出空間。
也許我們下次需要更努力地推翻這個理論。