实验室中的量子传感器将测量地球如何扭曲时空

编辑者: Svitlana Velhush

地球并非只是绕着自己的轴旋转。它还会拖曳着时空本身一起转动,就像一把勺子在浓稠的蜂蜜中缓慢旋转。这一效应由广义相对论预言,被称为惯性系拖曳或兰斯-蒂林效应,此前只能借助卫星,通过多年观测其轨道来探测。

如今,物理学家提出了一种直接在实验室中测量同一效应的方法——只需几秒钟。由加州大学伯克利分校的凯-伊萨克·埃勒斯领导的研究团队在《物理评论快报》上描述了一种基于超流氦的量子传感器设计。该装置是一个带有纳米多孔隔板的环形微通道,其中氦在超低温下失去一切内摩擦,形成一种约瑟夫森结的类似物。

任何哪怕极其微小的旋转都会改变流动氦的量子特性。这些变化可以很容易地通过该结读取,使传感器成为一种超灵敏的陀螺仪。据作者计算,测量时空拖曳效应的精度将达到0,2%,与最好的卫星实验相当,但只需一秒,而非多年观测。

这样的速度开辟了新的可能性。这台实验室仪器不仅能以高精度验证爱因斯坦的预言,还能检验那些拖曳效应可能有所不同的替代引力理论。此外,这项技术还将在导航、地球物理学中找到应用,并可能用于未来探索引力量子本质的实验。

实现这一构想还需要大量艰巨的工程工作,但现代技术已经能够创造必要的条件。如果这一设想得以实现,人类将获得一种紧凑的工具,无需发射昂贵的卫星,就能研究广义相对论最微妙的体现。

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来源

  • Detecting How Earth Twists Spacetime

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