Yleinen suhteellisteoria todistettiin päteväksi entistä tarkemmin

Yleinen suhteellisteoria on osoitettu päteväksi entistä suuremmalla tarkkuudella cesium-atomeihin avulla. Tulos osoittaa että Einsteinin lähes sata vuotta sitten muotoilema teoria pätee noin sadasmiljoonasosan tarkkuudella (1 / 7 x 10exp(-9)). Edellinen tarkkuusmääritys on 30 vuoden takaa ja sitä parannettiin nyt tekijällä 10 000.

Itse koe tehtiin yli kymmenen vuotta sitten Yhdysvalloissa Kalifornian yliopistossa Berkeleyssä. Kokeessa määritettiin painovoiman aiheuttamaa kiihtyvyyttä mahdollisimman tarkkaan. Tutkimusta johti silloin professori Steven Chu, joka on nyt Yhdysvaltain energia-asioista vastaava ministeri. Nykyisin Berkeleyssä työskentelevä saksalaistutkija Holger Müller totesi viime vuonna että mittauksista voitiin selvittää myös suhteellisuusteorian ennustama, painovoiman aiheuttama ns. ajan litistyminen.

Einsteinin yleinen suhteellisteoria on nykyfysiikan perusteorioita kvanttimekaniikan ohella. Yleisen suhteellisteorian mukaan painovoima on kaareutuvan aika-avaruuden ominaisuus jonka vaikutuksen hiukkaset tuntevat liikkuessaan. Yksi sen helpoimmin ymmärrettävistä ennustuksista on ajan litistyminen, jonka mukaan esimerkiksi avaruudessa suurella nopeudella lentävä ihminen vanhenee hitaammin kuin maapallolla elävät. Ilmiö on todennettu moneen kertaan - ei tosin ihmisillä - mutta kiinnostavaa on etsiä teorian rajoja. Fysiikan lait ovat aina jonkinlaisia approksimaatioita todellisuudesta.

Vuonna 1976 ajan litistymistä tutkittiin kokeessa, jossa vetymaseriin perustuvia kelloja verrattiin keskenään. Toinen oli maassa, toista lennätettiin raketilla 10 000 kilometrin korkeuteen. Näiden avulla voitiin osoittaa teorian pitävän paikkansa tarkkuudella 7 x 10exp(-5).

Nyt julkistettu raportti perustuu kokeeseen, jossa cesium-atomeja vangittiin erittäin kylmään ns. atomaariseen loukkuun. Atomien energia on hyvin pieni koska lämpötila oli vain muutamia miljoonasosia absoluuttisen nollapisteen yläpuolella. Cesium-atomeille annettiin energiaa kohdistamalla niihin laservaloa, jolloin saatiin osa atomeista nousemaan ns. korkeampaan energiatilaan.

Hienostuneella koejärjestetyllä saatiin aikaan eri energiatiloissa olevien atomien interferenssi, joka voitiin mitata. Loppupäätelmäksi saatiin että ajan litistyminen pätee suhteellisteorian ennustamalla tavalla tarkkuudella joka on noin yksi per 100 miljoonaa.

(YLE tiede, Nature)