На орбите запускают PHARAO: как учёные измеряют замедление времени около Земли

На Международной космической станции планируется провести эксперимент с использованием атомных часов PHARAO, чтобы измерить, как течение времени зависит от силы гравитации. Эти часы будут запущены в космос 21 апреля 2025 года в рамках европейской программы ACES, организованной Европейским космическим агентством. PHARAO установят на внешнем модуле европейской части станции, а задача эксперимента — максимально точно сравнить, как текут часы на орбите и на поверхности Земли.

Суть эксперимента заключается в том, чтобы подтвердить предсказания общей теории относительности Альберта Эйнштейна, согласно которой масса влияет на ход времени. Чем ближе объект к большой массе, тем медленнее для него идет время. Это проявляется, например, в том, что человек на борту станции стареет немного быстрее, чем его близнец на Земле, хотя разница составляет одну секунду за триста лет.

PHARAO — это высокоточные атомные часы, использующие лазерное охлаждение атомов. Для сравнения хода времени между орбитой и Землёй используются специальные системы связи: микроволновой канал и лазерная синхронизация. Эти технологии позволяют добиться исключительной точности, необходимой для подтверждения столь незначительных различий во времени.

Атомные часы эволюционировали с 1950-х годов, и сегодня их точность стремительно растёт. Благодаря лазерному охлаждению и особым условиям микрогравитации на станции можно добиться длительного времени наблюдения за атомами, а значит, и более точных измерений. Поддержание ультра-вакуума внутри часов требует особых технических решений и исключает использование большинства привычных материалов.

Уровень точности, которого достигнут ученые, позволяет фиксировать даже минимальные изменения высоты и массы, что имеет значение для геофизики и анализа движения масс внутри Земли или её атмосфере. Хотя высота полёта Международной космической станции ограничивает масштаб эффекта, эксперименты с часами на более высоких орбитах могли бы позволить получить ещё более заметные результаты.

Такие исследования призваны не только подтвердить или уточнить положение современной фундаментальной физики, но и приблизить учёных к объединению квантовой механики и общей теории относительности, которые пока остаются несовместимыми, пишет The Conversation.