Quanten-Experiment hilft Einsteins Relativitätstheorie zu beweisen
Bau eines Quantencomputers kann manchmal unerwartete Vorteile erbringen – wie bieten das richtige Umfeld zu beweisen, dass Albert Einsteins Spezielle Relativitätstheorie in der Tat ist, zu korrigieren.
Mit Atomen in bestimmten Quantenzustände, Forscher an der University of California, Berkeley, waren in der Lage zu zeigen, dass der Raum nicht angezeigt wird in eine Richtung im Vergleich zu anderen, drückte wie es wäre, wenn die Relativitätstheorie nicht korrekt waren. Vielmehr sieht das gleiche Raum aus allen Richtungen wie Relativitätstheorie vorhersagt. Das Experiment verwendet teilweise verstrickt Atome, die ein Nebenprodukt des Versuchs, Quantencomputer zu bauen waren.
Spezielle Relativitätstheorie ist ein Grundpfeiler der modernen Physik und wurde von Einstein 1905 formuliert. Die Theorie besagt zweierlei: die Gesetze der Physik sind überall gleich, und die Geschwindigkeit des Lichts ist eine konstante, vorausgesetzt, Sie nicht beschleunigt sind, wenn Sie solche Phänomene messen. Es kann verwendet werden, um das Verhalten von Objekten in Raum und Zeit zu erklären. (Begleiter, der allgemeinen Relativitätstheorie beinhaltet die Auswirkungen der Schwerkraft und Beschleunigung). [Verdreht Physik: 7 mind-blowing Ergebnisse]
Da die Relativitätstheorie sagt, dass die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum konstant ist, sollte Raum gleich aussehen, in jede Richtung, egal was. Beispielsweise wenn Sie mit der halben Geschwindigkeit des Lichtes in Richtung oder Weg von einer Taschenlampe bewegen, sehen Sie die Balken bewegen sich immer bei etwa 186.000 Meilen pro Sekunde, nicht mehr oder weniger. Das Konzept der Zeitdilatation, in die Zeit verlangsamt sich je schneller Sie fahren (z. B., wenn Sie in einem rasenden Raumschiff sind), ist eine direkte Folge dieses Phänomens – es ist etwas, das geschehen um die Lichtgeschwindigkeit zu für alle im Universum gleich aussehen muss.
Frühe Experimente, die Messung der Lichtgeschwindigkeit senkrechte Lichtstrahlen zur Erzeugung von Interferenzmustern – abwechselnd Bands von hell und dunkel. Am berühmtesten ist das Michelson-Morely Experiment im Jahr 1887, die prallte zwei Lichtstrahlen zwischen Spiegel und zeigte die Lichtgeschwindigkeit konstant war – es gab keine Änderung in das Interferenzmuster egal, wie das Gerät ausgerichtet war, die zeigten gibt es keine "Äther" für Lichtwellen durch, und somit keine Vorzugsrichtung im Raum. Lichtgeschwindigkeit im Vakuum hat einen Wert und einen nur.
Die neue Studie, Forscher unter der Leitung von Hartmut Häffner, Assistant Professor für Physik an der UC Berkeley, verwendet Atome. Die Wissenschaftler zwei Calcium-Atome in einer Vakuumkammer und eine Wechselspannung, die Atome im Ort gefangen.
Jeder der die Atome hatte zwei Elektronen, deren Energien gemessen werden konnte. Die Elektronen bewegt sich senkrecht zueinander. Eine in einem Abbewegung, verfolgen Sie ein Volume, das sah aus wie eine Bowling-Pin um den Kern, während der andere dreht sich um den Kern in einer toruslike Region. Im Experiment gemessen das Team die kinetische Energie der Elektronen 10 Mal pro Sekunde, für einen Tag. Die Relativitätstheorie korrekt ist, dann sollte der Unterschied zwischen den Elektronen Energien eine Konstante. [Bilder: die weltweit schönsten Gleichungen]
Dies mag wie eine seltsame Weise, eine gut etablierte Theorie zu testen, aber Häffner sagte Experimente wie diese mit anderen Teilchen durchgeführt haben. Elektronen, geben jedoch genauere Ergebnisse, sagte er.
Die Ergebnisse sind auch wichtig für andere Bereiche der Physik, unter anderem das Standardmodell der herrschenden Theorie der Teilchenphysik, die beschreibt, wie Teilchen Verhalten und warum das Universum so erscheint, die es tut. "Das Standardmodell hängt stark auf spezielle Relativitätstheorie korrekt zu sein," sagte Häffner.
Die Studie zeigt auch, wie die verschiedenen Bereiche der Wissenschaft verbunden sind, da begann das Experiment mit Quanten-computing. Um einen Quantencomputer zu machen, müssen Sie fangen Sie Atome und steckte sie in eine spezielle Quantenzustand genannt Überlagerung. Dies bedeutet, dass Sie noch nicht, welchem Zustand die Atome, gemessen sind so können sie in zwei Staaten auf einmal. Quantenmechanik bis ein Atom Zustand gemessen wird, hat keinen bestimmten Wert. Dies ist, was Quantencomputer gibt ihre macht, viel schneller als herkömmliche Computer können komplexe Probleme zu lösen.
Es Quantencomputer, die Häffner Atome in einem dualen Zustand zu verwenden, um die Relativitätstheorie testen inspiriert war, sagte er.
Forscher diese Art von Experiment verwenden können, um andere Geheimnisse in der Physik und Kosmologie Sonde, sagten die Forscher. Zum Beispiel sagte "Wir können es verwenden, um die dunkle Materie suchen," Häffner. Wenn es eine Menge an dunkler Materie, die Erde umgibt gibt, sagte die relative Energie der Elektronen ändern würde, weil die Anwesenheit der Masse der dunklen Materie den umgebenden Raum verändern würde, er.
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