Учёные предложили настольный прибор, который может зарегистрировать слабое воздействие вращения Земли на окружающее пространство-время. Этот эффект, называемый увлечением системы отсчёта, следует из общей теории относительности Альберта Эйнштейна. По расчётам авторов, будущий датчик способен достичь точности лучших спутниковых экспериментов за несколько минут вместо нескольких лет.
Исследование опубликовано 17 сентября в журнале Physical Review Letters, а о его результатах сообщил сайт Live Science. Явление можно представить на примере вращающейся карусели с кольцом синхронизированных часов: при попытке сопоставить показания последнего прибора с первым возникает небольшое расхождение. Физик Кай-Исаак Эллерс из Калифорнийского университета в Беркли отметил, что синхронизировать такие часы во вращающейся системе невозможно.
Согласно общей теории относительности, массивное вращающееся тело увлекает за собой ткань пространства-времени, подобно ложке, перемешивающей мёд. Вблизи сверхмассивных объектов этот эффект выражен значительно сильнее, тогда как возле Земли он крайне мал. До сих пор его измеряли только из космоса, отслеживая смещение гироскопов или орбит спутников.
Спутник NASA Gravity Probe B в 2011 году подтвердил предсказание Эйнштейна с погрешностью около 18 процентов, а позднее лазерные наблюдения спутников позволили повысить точность. В июле исследователи сообщили, что аппарат LARES-2 достиг погрешности 0,2 процента, однако для этого потребовалось около трёх лет. Новая лабораторная система должна снизить зависимость измерений от моделей неоднородного гравитационного поля Земли.
Основой устройства станет замкнутый контур со сверхтекучим гелием-4 — веществом, которое при сильном охлаждении течёт без сопротивления и ведёт себя как единый квантовый объект. В контуре предусмотрен барьер с отверстиями примерно нанометрового размера, через которые проходит сверхтекучий гелий. Расчёты показывают, что при температурах в несколько тысячных долей градуса выше абсолютного нуля прибор сможет определить увлечение пространства-времени с точностью 0,2 процента примерно за 35 минут, а при использовании кварца или сапфира — приблизительно за одну секунду.
Пока такой датчик не создан: главной проблемой остаётся изготовление мембраны с отверстиями около одного нанометра. Исследователи также установили, что измеряемый сигнал соответствует разнице во времени порядка 10-35 секунды для движения гелия в противоположных направлениях по контуру. По их расчётам, дальнейшие эксперименты со сверхтекучим гелием могут помочь изучить фундаментальные свойства времени.