เครื่องจักรนี้ช่วยขับเคลื่อนลิฟต์

ผลลัพธ์ของ NIST ซึ่งเกิดขึ้นได้จากการปรับปรุงนาฬิกาอะตอมที่แม่นยำที่สุดในโลกอย่างต่อเนื่อง ทำให้ได้ค่าที่ต่ำเป็นประวัติการณ์และมีค่าน้อยมากสำหรับปริมาณที่ไอน์สไตน์คาดการณ์ว่าจะเป็นศูนย์ ตามที่อธิบายไว้ใน เอกสาร Nature Physicsที่โพสต์ออนไลน์เมื่อวันที่ 4 มิถุนายน นักวิจัยของ NIST ใช้ระบบสุริยะเป็นห้องทดลองสำหรับทดสอบการทดลองทางความคิดของ Einstein ที่เกี่ยวข้องกับโลกในฐานะลิฟต์ที่ตกลงมาอย่างอิสระ ไอน์สไตน์ตั้งทฤษฎีว่าวัตถุทั้งหมดที่อยู่ในลิฟต์ดังกล่าวจะเร่งความเร็วด้วยอัตราเดียวกัน ราวกับว่ามันอยู่ในสนามโน้มถ่วงที่สม่ำเสมอ หรือไม่มีแรงโน้มถ่วงเลย ยิ่งไปกว่านั้น เขาคาดการณ์ว่าคุณสมบัติของวัตถุเหล่านี้เมื่อเทียบกันจะคงที่ในช่วงที่ลิฟต์ตกอย่างอิสระ ในการทดลอง ทีม NIST มองว่าโลกเป็นเหมือนลิฟต์ที่ตกลงมาจากสนามโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์ พวกเขาเปรียบเทียบข้อมูลที่บันทึกไว้เกี่ยวกับ "เห็บ" ของนาฬิกาอะตอม 2 ประเภทที่ตั้งอยู่ทั่วโลก เพื่อแสดงให้เห็นว่านาฬิกาเหล่านี้ยังคงทำงานสอดคล้องกันมาตลอด 14 ปี แม้ว่าแรงดึงดูดบนลิฟต์จะแปรผันในช่วงที่โลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ผิดเพี้ยนไปเล็กน้อยก็ตาม นักวิจัยเปรียบเทียบข้อมูลระหว่างปี 1999 ถึง 2014 สำหรับนาฬิกาทั้งหมด 12 เรือน โดยเป็นเครื่องวัดไฮโดรเจน 4 ดวง (เลเซอร์ไมโครเวฟ) ในช่วงเวลา NIST กับนาฬิกาอะตอมของน้ำพุซีเซียมที่มีความแม่นยำมากที่สุด 8 เรือน ซึ่งดำเนินการโดยห้องปฏิบัติการมาตรวิทยาในสหรัฐอเมริกา สหราชอาณาจักร ฝรั่งเศส เยอรมนี และอิตาลี การทดลองนี้ออกแบบมาเพื่อทดสอบการทำนายของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ซึ่งเป็นหลักการของความแปรปรวนของตำแหน่งเฉพาะที่ (LPI) ซึ่งถือได้ว่าใน ลิฟต์ ที่ตกลงมา การวัดผลกระทบแบบไร้แรงโน้มถ่วงนั้นไม่ขึ้นกับเวลาและสถานที่ การวัดอย่างหนึ่งจะเปรียบเทียบความถี่ของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าจากนาฬิกาอะตอมในตำแหน่งต่างๆ นักวิจัยจำกัดการละเมิด LPI ไว้ที่ค่า 0.00000022 บวกหรือลบ 0.00000025 ซึ่งเป็นจำนวนที่น้อยที่สุด สอดคล้องกับผลทำนายของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปที่ค่าศูนย์ และสอดคล้องกันโดยไม่มีการละเมิด ซึ่งหมายความว่าอัตราส่วนของความถี่ไฮโดรเจนต่อซีเซียมยังคงเท่าเดิมเมื่อนาฬิกาเดินพร้อมกันในลิฟต์ที่ตกลงมา ผลลัพธ์นี้มีความไม่แน่นอนน้อยกว่าการวัดการละเมิด LPI ที่ดีที่สุดของ NIST ก่อนหน้านี้ถึงห้าเท่า ซึ่งแปลว่ามีความไวมากกว่าห้าเท่า ผลลัพธ์เมื่อต้นปี 2550 จากการเปรียบเทียบนาฬิกาอะตอมซีเซียมและไฮโดรเจนเป็นเวลา 7 ปี มีความไวมากกว่าการทดสอบครั้งก่อนถึง 20 เท่า ความก้าวหน้าในการวัดล่าสุดเกิดจากการปรับปรุงในหลายด้าน ได้แก่ นาฬิกาอะตอมของน้ำพุซีเซียมที่แม่นยำยิ่งขึ้น กระบวนการถ่ายโอนเวลาที่ดีขึ้น (ซึ่งทำให้อุปกรณ์ในสถานที่ต่างๆ สามารถเปรียบเทียบสัญญาณเวลาได้) และข้อมูลล่าสุดสำหรับการคำนวณตำแหน่งและความเร็วของโลก ในอวกาศ Bijunath Patla จาก NIST กล่าว "แต่เหตุผลหลักที่เราทำงานนี้คือเพื่อเน้นว่านาฬิกาอะตอมใช้ทดสอบฟิสิกส์พื้นฐานอย่างไร โดยเฉพาะอย่างยิ่ง รากฐานของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป" พัทลากล่าว "นี่คือคำกล่าวอ้างที่เกิดขึ้นบ่อยที่สุดเมื่อผู้ผลิตนาฬิกามุ่งมั่นเพื่อความเสถียรและความแม่นยำที่ดีขึ้น เรารวบรวมการทดสอบสัมพัทธภาพทั่วไปกับนาฬิกาอะตอม สังเกตข้อจำกัดของนาฬิการุ่นปัจจุบัน และนำเสนอแนวโน้มในอนาคตว่านาฬิการุ่นต่อไปจะเป็นอย่างไร มีความเกี่ยวข้องมาก" นักวิจัยกล่าวว่าข้อจำกัดเพิ่มเติมเกี่ยวกับ LPI ไม่น่าจะเกิดขึ้นได้จากการใช้นาฬิกาไฮโดรเจนและซีเซียม แต่นาฬิกาทดลองรุ่นต่อไปที่ใช้ความถี่แสงซึ่งสูงกว่าความถี่ของนาฬิกาไฮโดรเจนและซีเซียมมาก อาจให้ผลลัพธ์ที่ละเอียดอ่อนกว่ามาก NIST ดำเนินการนาฬิกาเหล่านี้หลายแบบตามอะตอมเช่นอิตเทอร์เบียมและสตรอนเทียม เนื่องจากมีทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์และการคำนวณมากมายเชื่อมโยงกัน นักวิจัยของ NIST จึงใช้ค่าใหม่สำหรับการละเมิด LPI ในการคำนวณความแปรผันของ "ค่าคงที่" พื้นฐานหลายอย่างของธรรมชาติ ปริมาณทางกายภาพที่คิดว่าเป็นสากลและใช้กันอย่างแพร่หลายในวิชาฟิสิกส์ ผลลัพธ์สำหรับมวลควาร์กเบานั้นดีที่สุดเท่าที่เคยมีมา ในขณะที่ผลลัพธ์สำหรับค่าคงที่ของโครงสร้างละเอียดนั้นสอดคล้องกับค่าที่รายงานไว้ก่อนหน้านี้สำหรับคู่ของอะตอมใดๆ