Experiment

Описание эксперимента с атомными часами

Эксперимент, Эксперимент с атомными часами

Задача эксперимента – выяснить, как влияет гравитация на частоту излучения атома и как изменяется частота фотона при движении в поле тяжести.

1. Научная значимость эксперимента

Вся современная гравитационная физика и астрофизика построены на предположении, что скорость хода любых часов (физических процессов) замедляется в гравитационном поле. Например, общепринято, что частота атомного излучения понижается вблизи звёзд и планет, включая Землю. Более того, почти все специалисты по гравитации считают это предположение твёрдо установленным экспериментальным фактом. Но это не так. Эксперимент с атомными часами докажет, что частота атомного излучения не понижается, а повышается вблизи Земли. Этот эксперимент поможет выйти современной гравитационной физике и астрофизике из логического тупика, в котором они находятся уже сто лет.

Подробнее о научной значимости эксперимента можно прочитать здесь (ссылка пока не активна)

2. Необходимое замечание

Напомню, что такое атомные часы. Атомные часы – это квантовый стандарт частоты (лазер или мазер) плюс счётчик электромагнитных колебаний. Иногда лазер или мазер называют атомными часами, потому что они способны генерировать электромагнитный сигнал высокостабильной частоты. Но это не полноценные часы, так как ни лазер, ни мазер не способны измерять интервалы времени.

Квантовый генератор частоты может стать полноценными часами, если его снабдить счётчиком собственных колебаний. Такое устройство способно не только генерировать сигнал высокостабильной частоты, но и измерять интервалы времени. Это – полноценные атомные часы. Необходимо подчеркнуть, что для эксперимента необходимы именно полноценные атомные часы, то есть лазер (мазер), снабжённый счётчиком электромагнитных колебаний.

3. Суть эксперимента

Двое одинаковых высокоточных атомных часов (квантовые стандарты частоты плюс счётчики колебаний) расположены на нижнем и верхнем этажах высокого здания. Стоит отметить, что скорость хода атомных часов прямо пропорциональна частоте атомного излучения. Специальные устройства (компараторы) сравнивают скорости хода и показания часов в течение длительного времени (месяц).

4. Задача эксперимента

Основная задача эксперимента – выяснить, как влияет гравитация на скорость хода атомных часов и, соответственно, на частоту излучения атома.

Дополнительная задача эксперимента – выяснить, как влияет гравитация на частоту электромагнитного сигнала, когда он движется в поле тяжести от одних часов к другим. И, соответственно, узнать, как изменяется частота фотона, когда он движется в поле тяжести.

Эти две задачи могут быть решены только вместе. Их нельзя решить по отдельности, потому что нам неизвестны величины двух эффектов.

Эффект 1. Если атом поместить в потенциальную яму, частота его излучения изменится. Мы не знаем величину этого эффекта.

Эффект 2. Если излучение движется вверх, его частота также изменяется. Мы не знаем величину и этого эффекта.

Не следует путать эти два эффекта с экспериментально проверенным эффектом красного смещения. Если величину 1-го эффекта обозначить за Х, а величину 2-го эффекта – за Y, то величина красного смещения будет равна: Х + Y.

Если лазер поместить в потенциальную яму, частота его излучения изменится на величину Х. Когда свет от лазера будет вылетать из потенциальной ямы, его частота изменится на величину Y. В результате наблюдатель зарегистрирует сдвиг частоты равный Х + Y. Это и есть гравитационное смещение спектральных линий.

Таким образом, основная задача эксперимента – разделить эффект красного смещения, и в результате выяснить чему равны Х и Y по отдельности.

5. Главное отличие этого эксперимента от других экспериментов с часами

Уже много лет периодически в СМИ появляются сообщения такого рода. В некотором институте или лаборатории провели эксперимент с атомными часами и выяснили, что частота излучения атома понижается вблизи Земли в полном соответствии с теорией тяготения Эйнштейна. Необходимо подчеркнуть, что все эти эксперименты некорректны, потому что в них сравнивают между собой не показания часов, а скорости их хода. Когда электромагнитный сигнал от нижних часов идёт вверх, он теряет энергию и его частота понижается. Поэтому экспериментаторы делают ошибочный вывод, что нижние часы идут медленнее. Чтобы исключить влияние гравитации на частоту движущегося сигнала, необходимо сравнивать между собой показания атомных часов.

Главное отличие нового эксперимента в том, что сравниваются не только скорости хода часов (частоты лазеров или мазеров), но и их показания (количество колебаний, зарегистрированное счётчиком).

Подробнее о различных способах сравнения скорости хода атомных часов можно прочитать здесь (ссылка пока не активна)

6. Краткое введение в тему

В современной физике в качестве теории гравитации общепринята теория гравитации Эйнштейна, так называемая общая теория относительности (ОТО). Согласно этой теории, время (скорость протекания физических процессов) замедляется вблизи массивных тел. Существует ряд экспериментов, подтверждающих истинность ОТО. Поэтому эта теория считается истинной. Соответственно, считаются истинными все её выводы, включая вывод о замедлении времени вблизи массивных тел, например, вблизи Земли. Кроме того, существует множество экспериментов, из которых сторонники ОТО делают вывод о замедлении времени. Поэтому замедление времени считается в современной физике твёрдо установленным научным фактом. Об этом заявлено в многочисленных научных и научно-популярных статьях и книгах.

Но это не так. Давайте рассмотрим эксперимент, ставший уже классическим, который интерпретируется как замедление времени. Пусть на одном этаже имеется несколько стандартных лазеров одной модели, испускающих зелёный свет. Если мы поднимем часть лазеров на верхние этажи, то увидим, что их частота повысилась, и спектр сместился в синюю сторону. Чем выше поднят лазер, тем более синим будет его излучение для нас. А если мы опустим часть лазеров вниз, то их частота понизится, и они будут выглядеть покрасневшими (см. рис. 1):

Лазеры

Источники света (лазеры), поднятые вверх, синеют, а сдвинутые вниз краснеют для наблюдателя, находящегося на среднем этаже.

Если мы поднимемся вверх к синим лазерам (или опустимся вниз к красным), то для нас они снова станут зелёными. Лазеры изменяют цвет только для наблюдателя, который находится на ДРУГОЙ высоте.

Этот установленный факт (зависимость частоты лазера от высоты) трактуется как замедление времени вблизи большой массы (вблизи Земли). Однако, эта трактовка некорректная. Мы не знаем, почему лазеры внизу покраснели. Возможно, время там течет медленнее, и поэтому частоты лазеров понизились (так считают сторонники общей теории относительности). Но, возможно, лазеры просто выглядят покрасневшими, так как свет от них, двигаясь вверх, теряет энергию, и его частота понижается. Подробнее об этом см. здесь.

Поэтому несмотря на многочисленные заверения сторонников ОТО, замедление времени – это не факт, а всего лишь предположение, вытекающее из ОТО. А для развития науки нет ничего хуже, чем предположение, объявленное фактом. Сейчас развиваются многочисленные теории и модели, которые подстраиваются под «факт» замедления времени. Если этот «факт» будет опровергнут, то более 90 процентов современных исследований в области гравитации будут закрыты, как бессмысленные.

7. Принципиальная новизна эксперимента

Когда свет или электромагнитный сигнал движется в поле гравитации, он теряет (или приобретает) энергию, и его частота ИЗМЕНЯЕТСЯ. Поэтому, чтобы выяснить, как влияет гравитация на ход времени, недостаточно сравнивать частоты лазеров или других источников света. Для корректности эксперимента необходимо посчитать количество электромагнитных колебаний на той же самой высоте, где расположен лазер. Для этого нужно установить счётчики лазерных колебаний на верхнем и нижнем этажах (рядом с синими и красными лазерами). А между этажами установить пусковое устройство (рис. 2):

Лазеры 1

Экспериментатор включает пусковое устройство, которое одновременно посылает два сигнала на верхний и нижний счетчики колебаний. Эти сигналы обнуляют показания счетчиков, и счетчики начинают считать лазерные колебания. Через определённое время (зависит от высоты здания и точности приборов) пусковое устройство посылает одновременно два сигнала на остановку счёта. Эксперимент завершен. Теперь мы можем узнать, где время замедляется, а где ускоряется. Если нижний счетчик насчитает большее число колебаний, чем верхний, значит частота излучения нижнего лазера выше, чем верхнего. И наоборот.

Итак, согласно ОТО, нижний лазер выглядит покрасневшим потому, что время внизу течёт медленнее. С этой точки зрения, свет (или электромагнитный сигнал) от лазера, когда он движется вверх, НЕ теряет своей энергии. Можно смело утверждать, что это не так. Ведь свет состоит из фотонов, а фотоны взаимодействуют с гравитационным полем Земли. Когда фотон движется вверх, он преодолевает силу тяготения, и его энергия уменьшается, а частота понижается. ОТО ошибочная теория потому, что создавалась в отрыве от квантовой механики. С новой точки зрения, основанной на квантовой механике, (см. Yanchilin V. The Quantum Theory of Gravitation, 2003) лазер, сдвинутый вниз, не краснеет, а, наоборот, синеет. Но пока свет от него движется вверх, он теряет энергию и приходит вверх покрасневшим. Предложенный эксперимент позволит это продемонстрировать.

8. Для эксперимента необходимо
  1. Два высокоточных лазера (мазера) с относительной погрешностью менее чем 1015.
  2. Два счетчика, способных считать колебания лазера (мазера) с относительной погрешностью менее чем 1015.
  3. Компаратор 1, способный сравнивать лазерные частоты с относительной погрешностью менее чем 1015.
  4. Компаратор 2, способный снимать показания со счётчиков частоты.
  5. Пусковое устройство.
  6. Два ноутбука для постоянного мониторинга эксперимента и записи показаний с обоих компараторов. Эти записи можно выкладывать в интернет в режиме реального времени в целях пропаганды эксперимента и рекламы.
  7. Соединительные оптические кабели общей длиной 500-700 метров.
  8. Высотное здание 200-300 метров. Подойдёт лондонский небоскреб The Shard (309 м), московская башня «Восток» (374 м), «Всемирный торговый центр» (417 м) и др.
  9. Аренда трёх мест на разных этажах (примерно 10 кубических метров) в технических помещениях небоскрёба.
  10. Специалисты-наблюдатели
  11. Журналисты-наблюдатели
9. Принципиальная схема эксперимента

Лазеры 2

Лазерное излучение обоих лазеров поступает на счётчики. Перед началом каждого нового измерения экспериментатор включает пусковое устройство. Это устройство посылает сигналы на счётчики и обнуляет их. Эксперимент начался. Через 2-3 дня пусковое устройство посылает сигналы, которые останавливают счётчики. Компаратор 2 сравнивает показания обоих счетчиков. Согласно ОТО, верхний счётчик насчитает большее число колебаний, чем нижний. Согласно квантовой теории гравитации, наоборот, нижний счётчик насчитает больше колебаний, чем верхний.

Компаратор 1 нужен для того, чтобы независимо контролировать корректность эксперимента. Если на частоту лазеров ничего не влияет кроме гравитации, то Компаратор 1 зарегистрирует стандартное красное смещение у нижнего лазера.

Красота этого эксперимента в том, что Компаратор 1 будет свидетельствовать: частота нижнего лазера ниже, чем верхнего (в полном согласии с ОТО), но при этом Компаратор 2 продемонстрирует: частота нижнего лазера все-таки выше, чем верхнего. Причина этого кажущегося противоречия в том, что свет от нижнего лазера, долетев до Компаратора 1, потеряет часть своей энергии и частоты, а свет от верхнего лазера — наоборот.

Из эксперимента можно будет узнать, во-первых, где время течет быстрее и на какую величину, а, во-вторых, на какую величину изменяется частота фотона, когда он движется вверх или вниз.

Время проведения одного эксперимента 2-3 дня. Имеет смысл провести серию экспериментов в течение 3-4 месяцев, чтобы набрать необходимую статистику и получить научный результат с минимальной погрешностью.

10. Последствия эксперимента

Если окажется, что время не замедляется, а ускоряется в гравитационном поле, то это будет революцией в физике и астрономии. Научная общественность будет в шоке. Не сразу в это поверят и будут долго оспаривать.

Все разговоры о чёрных дырах прекратятся. Станет ясно, что их нет, а учёные вроде Стивена Хокинга и Кипа Торна просто вводили всех в заблуждение. Теория гравитации Эйнштейна (ОТО) будет опровергнута. Будут опровергнуты многочисленные модные теории струн и суперструн, которые все основаны на ОТО. Станет ясно, что нет ни чёрных дыр, ни тёмной энергии, ни тёмной материи, ни так называемой инфляции. По своему научному значению этот эксперимент превзойдет Большой адронный коллайдер, как минимум на две головы. Будет пересмотрено происхождение галактик и звезд. Так как современные модели происхождения галактик и звёзд также основаны на ОТО. Будет пересмотрено происхождение Солнечной системы, включая Землю и Луну.

По окончании эксперимента оборудование приобретет ценность и его можно будет хорошо продать. Например, владельцу здания. Он сможет за небольшую плату показывать всем желающим (включая школьные экскурсии), как была опровергнута теория гравитации Эйнштейна, и почему учёные были введены в заблуждение.

Василий Янчилин

Добавить комментарий