Физики не знают, что такое время

Возможное распространение гравитационных волн при сближении двух черных дыр.

ГРАВИТАЦИЯ И КОНТИНУУМ

Общей теории относительности (ОТО) – век. Ее создатель, Альберт Эйнштейн, провозгласил наличие гравитационных волн. С тех пор поймать гравитационную волну пытаются многие. С помощью радиотелескопа Parkes астрономы более 10 лет следят за миллисекундными пульсарами. Эти космические объекты представляют собой выгоревшие звезды, от которых остался лишь нейтронный сердечник, вращающийся с периодом в тысячные доли секунды. Ученые полагают, что гравитационные волны, проходящие между пульсарами, меняют расстояние от них до нашей планеты, и это изменение может достигать 10 м! Но главное – это черные дыры с их гигантскими массами, которые могут сливаться друг с другом, генерируя всплеск гравитации. В созвездии Стрельца каждые 10 дней наблюдаются вспышки мощного рентгеновского излучения. 

Рентгеновский телескоп Swift показал в центре Млечного Пути наличие черной дыры с массой в 4 млн солнечных, расположенной в 26 тыс. световых лет от Стрельца. Об этом в сентябре нынешнего года писал журнал Monthly Notes of Royal Astromomical Society. Сотрудники Кембриджа и австралийского университета Монаш опубликовали в Science совместную статью, в которой рассматривается возможность обнаружения гравитационных волн, идущих от бинарной системы супермассивных черных дыр, которых не «видит» Parkes. Астрономы хотят также «прощупать» космический фон наподобие того, что был открыт довольно давно для микроволнового излучения (СМВ – Cosmic Microwave Background). Этот весьма холодный – остывший – фон позволил говорить о состоянии Вселенной через 350–400 тыс. лет после Большого взрыва. Гравитационный фон раскроет природу «Творения» универсума и его состояние в первые мгновения после первичного катаклизма.

КОСМОЛОГИЯ – ЭТО ВОПРОС ВРЕМЕНИ

Атомы в «блинах» в составленной из них вертикальной колонки. Иллюстрации Physorg

Физики не знают, что такое время. Незнание предмета – в данном случае незнание, что такое время, – вовсе не означает, что ученые не могут фиксировать его параметры с максимально возможным разрешением, которое все больше возрастает благодаря использованию современных атомных часов. Когда-то был принят международный стандарт цезиевых часов, определяющих точность секунды с миллиардной долей погрешности. Потом были изобретены атомные ловушки и «фонтанные» часы, в которых частота колебаний определяется с помощью атомного фонтанчика. В августе 2013 года было сообщено о новом рекорде точности, достигнутом с помощью атомов иттербия, помещенных в потенциальные «ямы»-колодцы ячеек оптической решетки. Атомные «часовщики» определяют точность хода как максимально возможное приближение к истинной частоте колебаний электрона наружной оболочки атомов между двумя возможными энергетическими уровнями. Но похоже, что атомные ловушки и световые ячейки скоро станут наследием прошлого. Национальный институт стандартов и технологий (НИСТ) и Университет штата Колорадо в г. Боулдер предложили принципиально новый подход к фиксации атомов. Инженерное решение было связано с использованием не ячеек решетки, а сотни плоских световых «блинов»-дисков, в которые вкраплены атомы изотопа стронция-87.

Новый стандарт позволил регистрировать 430 трлн электронных переходов в секунду! Тем самым рекорд 2013 года был улучшен сразу на 50%. Для повышения точности атомные часы помещают не только в условия практически полного вакуума, но и охлаждают чуть ли не до абсолютного нуля (минус 273 градуса по Цельсию). Это не дает возможности выйти за пределы специализированных лабораторий. Вот почему новая публикация НИСТ в журнале Nature Communications, касающаяся создания часов с секундной ошибкой в 15 млрд лет, привлекла всеобщее внимание. В новых часах также используется колонка сечением 30 мкм, собранная из 400 оптических «блинов». Для коррекции ошибки в вакуумную камеру устройства введены два откалиброванных термометра из платины, повышающих устойчивость системы к тепловому излучению извне. Введение корректирующих термометров и почти полное подавление тепловых возмущений атомов и их электронов позволило новым часам работать при комнатной температуре, что, как уже говорилось, резко повысило точность и надежность их хода. Авторы отмечают, что с помощью «комнатных часов» им удалось зарегистрировать гравитационное возмущение – изменение поля тяжести – при подъеме устройства всего лишь на 2 см! Но это их не удовлетворяет, потому что для повседневной релятивистской геодезии требуется высота не более 1 см! Исследователи обещают новые прорывы не только в квантовой физике, но и в определении отклонений фундаментальных постоянных. А это – астрофизика и космология, а также более глубокая проверка многих положений теорий относительности и определения расстояний до космических объектов.

А.С.