Fisikawan telah membuat rekor baru untuk mengukur distorsi waktu dalam satu milimeter

Satu milimeter mungkin tidak terlihat banyak. Namun, bahkan jarak yang kecil pun dapat menyebabkan perubahan waktu.

Menurut teori gravitasi Einstein, dan relativitas umum, jam berdetak lebih cepat semakin jauh dari Bumi atau objek besar lainnya. Secara teori, ini harus benar bahkan untuk perubahan kecil pada ketinggian jam. Sekarang, jam atom yang sangat sensitif telah mendeteksi percepatan pada sampel atom berukuran milimeter, menunjukkan efek pada perbedaan ketinggian yang lebih kecil daripada yang diamati sebelumnya. Menurut sebuah penelitian baru-baru ini, waktu mengalir sedikit lebih cepat di bagian atas sampel daripada di bagian bawah.

Dalam penelitian ini, fisikawan Jun Ye dari JILA di Boulder, Colorado, dan rekannya menggunakan jam 100.000 atom strontium ultra-dingin. Atom-atom itu diatur dalam kisi-kisi, yang berarti bahwa mereka duduk di ketinggian yang berbeda seolah-olah mereka berdiri di tangga. Perbedaan ditemukan setelah menentukan bagaimana frekuensi bergeser melintasi ketinggian tertentu.

Perbedaan ini disebabkan oleh pergeseran merah gravitasi, yang disebabkan oleh efek gravitasi pada frekuensi dua gelombang yang identik jika dibandingkan satu sama lain. Jadi para peneliti tidak terlalu terkejut dengan jumlah ini, betapapun kecilnya kelihatannya.

Alam semesta ada dalam lembaran empat dimensi tunggal yang terdiri dari dua konstanta ruang dan waktu yang independen ini. Ketika sesuatu dengan massa jatuh ke ruang-waktu, ia berubah bentuknya.

Oleh karena itu, panjang satu detik di dekat suatu objek, seperti Bumi, berbeda dari panjang satu detik di kejauhan. Bahkan ketika kemiringan gravitasi ringan seperti torsi Bumi, perhitungannya akurat dan cukup teruji untuk memprediksi varians ini pada jarak yang sangat pendek.

Namun, ada kemungkinan bahwa itu tidak benar secara realistis. Mekanika kuantum adalah bidang fisika lain yang telah diselidiki secara menyeluruh. Salah satu implikasinya adalah bahwa membatasi satu jenis pengukuran mengurangi keakuratan sifat-sifat lainnya. Dua sistem monistik fisika, sejauh mereka dapat diandalkan, tidak cocok. Untuk satu hal, waktu dalam fisika kuantum hampir tidak sepenting relativitas umum.

Pada dasarnya, lembaran ruang-waktu tanpa batas yang dilengkungkan dengan sangat lembut oleh relativitas umum akan berantakan di bawah mikroskop kuantum karena masalah yang jelas dengan sifat-sifat yang kurang spesifik yang dijelaskan di atas. Siapapun yang mencari cara untuk menggabungkan kedua ide tersebut akan menghadapi dilema. Oleh karena itu, kami membutuhkan bukti bahwa salah satu hipotesis gagal, yang mungkin mengharuskan kami mengetahui di mana kesalahan prediksi kami.

Beberapa tahun yang lalu, para peneliti mencatat pergeseran frekuensi relatif cahaya yang dipancarkan oleh atom yang dipisahkan oleh jarak vertikal lebih dari 30 sentimeter.

Para peneliti mengurangi kepadatan atom dengan urutan besarnya menggunakan rongga unik untuk meningkatkan kekuatan percobaan, mengurangi ketinggian dari sentimeter menjadi beberapa milimeter. Kemudian mereka menyuntikkan 100.000 atom strontium ke dalam ruangan, yang mereka hentikan dengan menghilangkan panas sebanyak mungkin.

Kemudian mereka menyesuaikan efek non-gravitasi dengan mengukur cahaya yang dipancarkan dari bagian atas dan bawah tumpukan atom. Hasilnya, mereka memperoleh rata-rata yang mendekati hasil yang diharapkan jika relativitas umum akurat setelah 92 jam melihat jam mini ini.

Perbedaan antara emisi pergeseran merah gravitasi begitu kecil sehingga membuat rekor baru untuk perubahan sekecil apa pun yang dapat dideteksi, memberi kita ukuran proses yang 100 kali lebih akurat daripada apa pun yang pernah tercatat.

Ini bukan hasil yang menantang teori, tetapi pelajaran tentang cara mereduksi teknologi ke skala yang diperlukan untuk mengatasi kelemahan dalam dua konsep dasar fisika.

Studi ini belum diajukan untuk peer review; Namun, hasilnya tersedia di arXiv.