實驗室中的量子感測器將測量地球如何扭轉時空

编辑者: Svitlana Velhush

地球不只是繞著自己的軸旋轉。它還拖曳著時空本身,就像一把在濃稠蜂蜜中緩緩轉動的湯匙。這個由廣義相對論預言、被稱為慣性系拖曳或冷澤—提爾林效應的現象,至今仍只能藉由衛星、透過長年觀測其軌道來記錄。

如今,物理學家提出了一種直接在實驗室中測量同一現象的方法——只需短短幾秒鐘。由加州大學柏克萊分校的凱—艾薩克·埃勒斯領導的一組研究人員,在《物理評論快報》上描述了一種以超流氦為基礎的量子感測器構造。該裝置是一個帶有奈米多孔隔板的環形微通道,其中氦在超低溫下失去一切內摩擦,形成類似約瑟夫森接面的結構。

任何哪怕極其微小的旋轉,都會改變流動氦的量子特性。這些變化可透過接面輕易讀取,使感測器成為超靈敏的陀螺儀。根據作者的計算,測量時空拖曳效應的精確度將達到0,2百分比——與最佳衛星實驗相同,但只需一秒鐘,而非多年的觀測。

這樣的速度開啟了新的可能性。這台實驗室儀器不僅能讓人以高精確度證實愛因斯坦的預言,還能檢驗那些拖曳效應可能有所不同的替代重力理論。此外,這項技術還將應用於導航、地球物理學,或許還有未來探索重力量子本質的實驗。

要實現這個構想,還需要大量嚴謹的工程工作,然而現代技術已足以創造出必要的條件。倘若這個構想得以實現,人類將獲得一件精巧的工具,無需發射昂貴的衛星,便能研究廣義相對論最細微的表現。

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來源

  • Detecting How Earth Twists Spacetime

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