Teorii relativity otestoval 14letý pokus s atomovými hodinami

Einsteinova teorie relativity byla už potvrzena i objevem gravitačních vln, které nyní už v podstatě běžně zachytávají zařízení LIGO i VIRGO. Nyní šlo ale o něco jiného, a sice o dlouhodobý experiment probíhající v americkém National Institute of Standards and Technology. Ten využíval atomové hodiny a ne jedny, ale rovnou dvanáct umístěných v USA, Německu, Francii, Itálii a Velké Británii. Probíhal mezi lety 1999 a 2014, přičemž závěry byly zveřejněny nyní. 

 

 

V srdci Einsteinovy teorie je princip ekvivalence, který říká, že působení gravitace má na nás stejné účinky jako akcelerace či zpomalení. Představit si to můžeme tak, že stojíme v uzavřené místnosti bez oken. Pokud v ní něco upustíme, to spadne na zem, ovšem my z toho nebudeme schopni rozlišit, zda jsme ve skutečnosti na Zemi, nebo v pustém vesmíru, kde na nás nepůsobí žádná gravitace, ale místnost zrychluje, přičemž to odpovídá tíhovému zrychlení na povrchu Země (9,81 m/s²). 

 

Stejně tak platí princip lokální invariance, a sice že vlastnosti objektů umístěných v místnosti ve volném pádu se ve vzájemném vztahu nemění. Představme si, že jsme ve výtahu, kde upustíme dva objekty a v ten stejný moment výtah přejde do volného pádu. Tyto objekty pak ve vzájemném vztahu nezmění svou vzdálenost, takže fyzikální zákony pro ně platí zcela stejně jako v inerciální soustavě. 

 

Právě to měl potvrdit experiment, kde celá Země posloužila jako onen hypotetický volně padající výtah a namísto padajících předmětů jsme měli atomové hodiny. Hypotéza byla taková, že ty budou ukazovat naprosto stejný čas, neboť jsou součástí stejné soustavy. 

 

Použity bylo pro tento účely dvoje vodíkové „maserové“ atomové hodiny i osm velice přesných atomových hodin pracujících s isotopem cesia-133. To přirozeně absorbuje energii z mikrovln o délce 3,2 cm. Pokud ho takovým vlnám vystavíme, elektrony atomů přecházejí mezi energetickými stavy přesně 9.192.631.770x za sekundu, takže fungují jako takové velice rychlé kyvadlo, díky němuž hodiny dosahují vysoké přesnosti. 

 

Nicméně v naměřeném času se přesto neukázal nulový rozdíl. Naměřená variace dosáhla hodnoty plus 0,00000022 až minus 0,00000025, což je velice málo a pokud by výše uvedené principy neměly platit, byla by mnohem větší. Ve skutečnosti je tato variace pětkrát nižší než v předchozím experimentu z roku 2007, který probíhal 7 let. Dosáhlo se toho díky použití přesnějších cesiových hodin, lepším technologiím zajišťujícím datovou komunikaci zařízení po celém světě a také přesnějších údajů pro výpočet pozice a rychlosti Země plující vesmírem. 

 

Tím tyto experimenty neskončí a plánují se další s využitím budoucích ještě přesnějších atomových hodin založených na stronciu či ytterbiu.