科学最喜欢寻找新的方法来更加有力地挑战经过充分检验的理论,看看它们是否能不流血。
以时间膨胀为例——时间取决于你的相对速度和重力。 尽管它已经过测试使用高度精确的铯原子钟,物理学家现在使用更精确的锶原子钟对其进行了测试,他们发现爱因斯坦仍然获胜。
法国巴黎天文台的研究人员在欧洲各地建立了一系列最新一代的锶原子钟,以测试它们随地球自转的不同速度是否会影响它们的相对时间——就像爱因斯坦的原子钟一样预测。
考虑到这一理论已被检验的次数,不太可能有人会指望一击就能彻底反驳狭义相对论。 然而,即使是微小水平上的轻微对比也可以为物理学家提供线索,说明强大但不相容的理论如何和量子力学可以结合在一起。
对于任何有点困惑的人,物理学家使用广义相对论预测星系和恒星等大质量物体的行为方式,以及量子力学预测非常小的粒子将如何相互作用。
两者都非常准确,但奇怪的是,这两个想法不能很好地结合在一起。
通常这没什么大不了的,因为他们通常关注不同的尺度,但当涉及到巨大的物体和微小的尺度时,比如发生在物体内部的事情,物理学变得奇怪,甚至经过充分测试的数学也崩溃了。
从真正的基本术语来看,广义相对论主要涉及引力和空间,而它的表亲——狭义相对论- 涉及时间和空间。
这些理论的“相对论”部分描述了宇宙的规则如何呈现给位于不同时间和空间的人们。
根据称为相对论规则洛伦兹不变性,无论您是在移动、静止、在城市中央还是漂浮在太空中,所有物理定律都是相同的。
不幸的是,有一个小问题——同一系列规则说光有一个“仅一种速度' 政策。
如果光在真空中只能以一种速度传播,那么以不同速度移动或受到时空引力扭曲影响的两个人必须就该速度达成一致。
这意味着他们都必须同意光的传播速度约为每秒 3 亿米(或略低于每秒 10 亿英尺),但他们对彼此时间的看法反而减慢了。
这个奇怪的物理学小怪癖被称为时间膨胀已经测量超过和再次- 甚至迫使我们在数学中考虑到它我们的 GPS 卫星。
为了测量时间根据您的移动速度而变慢的细微差别,您需要一个极其精确的时钟。
本次实验使用了四光学晶格钟基于“滴答”几千个锶原子,它们沐浴在极其稳定的激光的照射下,被迫每秒转换约 430 万亿次能级。
这些时钟非常稳定,在 150 亿年的时间里不会丢失或增加一秒,这使得它们比上一代铯原子钟精确三倍。
其中两个锶钟位于巴黎天文台,一个位于德国的布伦瑞克,第四个位于英国的特丁顿。 然后所有这些都用光纤连接起来,光纤携带激光来激发原子的滴答声。
由于这三个城市位于地球上不同的纬度,因此随着地球旋转,这三个城市以不同的速度移动,从技术上讲,这应该意味着从彼此的角度来看,时间的流动似乎有所不同。
通过使用同一激光在一定距离内协调时钟,研究小组可以准确地检测到时钟频率的任何变化,从而告诉他们哪些时钟比其他时钟走得稍快或稍慢。
利用这些测量结果,研究人员计算出一个名为“alpha”的参数,该参数小于 0.0000001——足够接近他们得出洛伦兹变分仍然完好无损所需的零值。
该研究目前正在预发表网站上等待审核arXiv.org,虽然结果没有突破任何激进的新领域,但在通过同行评审之前,仍应持保留态度。
但如果这个数字大到足以表明洛伦兹变分已被违反怎么办?
“直接的后果就是没人会相信它,”未参与这项研究的理论物理学家萨宾·霍森菲尔德 (Sabine Hossenfelder) 说道,告诉阿尼尔·阿南萨斯瓦米新科学家。
“量子引力,[的本质], 和- 这是三个大问题,对于这些问题,洛伦兹不变性违规将是关于基本理论性质的极其重要的暗示,”霍森菲尔德说。
似乎每隔一天,爱因斯坦的工作就会受到小规模的原子钟或原子钟的测试。巨大的遥远星系。
并不是人们不信任这个人;而是人们不信任他。 更重要的是,对于像暗物质这样诱人、奇怪的发现,或者我们在物理学中最好的两个想法是不可调和的,我们希望在某种程度上存在一些回旋余地。
目前,还没有任何迹象表明相对论有足够的错误空间为量子力学腾出空间。
也许我们下次需要更加努力地推翻这个理论。