科学家使用东京晴空塔测试爱因斯坦的广义相对论

时间：2021-09-29 17:52:05 来源：

东京晴空塔是东京墨田区的广播和and望塔。它是世界上最高的塔，高634米（2,080英尺）。

在爱因斯坦广义相对论理论的另一次验证（发表于《自然光子学》上）中，RIKEN高级光子学和集群研究中心的科学家与同事们使用了两个微调的光学晶格钟，一个在基座上，另一个在其中。在东京晴空塔450米高的天文台上，对爱因斯坦的广义相对论所预测的时间膨胀效应进行了新的超精确测量。

爱因斯坦理论认为，重力引起的时空扭曲是由巨大的物体引起的。与此相一致，在深的引力场中，时间的运行比在浅的引力场中的运行慢。这意味着在Skytree塔楼的底部比顶部的运行时间稍慢一些。

香取博士的时钟之一。

实际测量时钟在不同重力场中运行速度的变化的困难在于差异非常小。对相对论进行严格的测试需要非常精确的时钟或高度差。迄今为止，最好的测量方法之一是使用大型复杂的时钟，例如RIKEN小组开发的时钟，它可以测量大约一厘米的高度差。在实验室外，最好的测试是由卫星完成的，它们的高度相差数千公里。这样的空间实验已将广义相对论的任何约束限制在百万分之30左右，这是一种极其精确的测量，从本质上证明爱因斯坦是正确的。

RIKEN的科学家及其合作者承担了开发可移动光学晶格钟的任务，该钟可以相对精确地测试相对论，但可以在地面上进行。但是，最终目的不是证明或反证爱因斯坦。RIKEN和东京大学的领导者Kathi Hidetoshi Katori认为，“超精密时钟的另一个主要应用是通过重力来感知和利用时空的曲率。使用时钟，时钟可以分辨出高度的细微差异，从而使我们能够测量活动火山或地壳变形等地方的地面膨胀，或为高度定义参考。我们想证明我们可以使用便携式设备在实验室以外的任何地方进行这些精确的测量。这是将超精密时钟制作成现实设备的第一步。”

根据爱因斯坦的广义相对论，时间在天空树塔楼的底部比顶部的慢一些。

工程壮举的关键是将实验室大小的时钟小型化为可移动设备，并使它们对环境噪声（例如温度变化，振动和电磁场）不敏感。每个时钟都封装在一个磁屏蔽盒中，每侧约60厘米。捕获和询问限制在晶格中的原子所需的各种激光设备和电子控制器都安装在两个可机架安装的盒子中。两个时钟通过光纤连接以测量节拍音符。同时，科学家进行了激光测距和重力测量，以独立评估两个时钟的重力场差异。

他们因违反广义相对论而获得的p是爱因斯坦理论的另一个验证，就像以前的其他理论一样。根据Katori的说法，该实验的关键在于，他们以与最佳空基测量相当的精度证明了这一点，但是使用了可在地面操作的便携式设备。将来，该小组计划比较几百公里的时钟，以监测地面的长期上升和下降，这是超高精度时钟的潜在应用之一。

参考：自然光子学杂志，高尾正雄，牛岛一郎，大木纪明，八ha俊宏，冈田健介，久明信海和香取英敏在2020年4月6日发表的“用一对可移动的光学晶格钟进行广义相对论的测试”。
10.1038 / s41566-020-0619-8

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