В 1905 году в рамках специальной теории относительности Эйнштейн впервые сформулировал принцип релятивистского замедления времени. Согласно ему, в движущемся теле все физические процессы происходят медленнее, чем в неподвижном.
Поэтому, если взять двое одинаковых часов, одни поместить в космический корабль и отправить в полёт на высокой скорости, а другие оставить на Земле, после возвращения первых часов окажется, что они по сравнению с неподвижными отстают. Это, в частности, означает, что потенциальные космические путешественники будущего будут стареть медленнее, чем их современники на Земле.
Несмотря на то, что у специальной теории относительности всегда находились критики, пытающиеся поставить её под сомнение, математические расчёты эффекта замедления времени лежат в основе всех фундаментальных физических теорий. Многие работы с природными объектами и лабораторные эксперименты уже подтвердили правоту Эйнштейна. Но точность предыдущих измерений оставляла желать лучшего и долгое время учёные искали способ её повысить.
Как сообщается в статье в издании Physical Review Letters, 15 лет исследований, которые проводила группа под руководством нобелевского лауреата по физике Теодора Хенша, директора Института квантовой оптики Макса Планка, принесли долгожданный результат.
В качестве космического корабля учёные использовали ускоритель элементарных частиц, расположенный в Центре по изучению тяжёлых ионов имени Гельмгольца (GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung). А роль часов сыграли ионы лития, которые разгоняли до одной трети скорости света.
С помощью лазеров специалисты измеряли частоту, с которой электроны внутри ионов переходили между разными энергетическими уровнями. Эти колебания, ставшие своеобразным "тиканьем" часового механизма, сравнили с аналогичными у ионов, остававшихся в покое. В итоге учёные не только лишний раз убедились, что на высокой скорости все процессы протекают медленнее, но и смогли оценить степень замедления.
Понимание эффекта замедления времени уже сегодня имеет большое практическое значение. Например, этот фактор учитывается в спутниках Глобальной системы позиционирования (GPS), которые корректируют свои часы по сравнению с земными на 38 микросекунд в день для повышения точности анализа навигационной информации.
В настоящее время эта цифра основана на математических расчётах. Но вскоре Европейское космическое агентство (ESA) планирует проверить степень замедления в реальных условиях. Для этого в 2016 году в рамках экспериментального проекта ACES на международную космическую станцию отправятся сверхточные атомные часы.