Einstein si gravitaci vychutnal a udělal z ní geometrickou záležitost. Podle jeho obecné teorie relativity je gravitace zakřivení časoprostoru. Teorie také předpovídá, že rotující objekt, jako je třeba Země, při svém otáčení nepatrně strhává okolní časoprostor. Říká se tomu strhávání časoprostoru (frame-dragging).
Birgitta Whaleyová z University of California, Berkeley a její kolegové z mezinárodního výzkumného týmu nedávno představili koncept kvantového senzoru, který by tento doopravdy nepatrný efekt mohl měřit v laboratorních podmínkách. Experiment by využíval helium ochlazené do supratekutého stavu, které by bylo umístěno v gyrometru, přístroje pro měření rotace.
Když vědci diskutovali o možnostech využití supratekutého helia při přesných gravitačních měřeních, uvědomili si, že by také mohlo posloužit k detekci strhávání časoprostoru. Strhávání časoprostoru, které předpovídá Einsteinova obecná teorie relativity, podporují i pozorování z reálného světa. Rotace Země například strhává okolní časoprostor, což přispívá k pomalé změně orientace os rotace blízkých gyroskopů vzhledem ke vzdáleným hvězdám čili precesi.
Nepatrné strhávání časoprostoru je možné detekovat několika způsoby. Whaleyová a spol. navrhli rotační senzor čili gyrometr založený na supratekutém heliu. Když se helium-4, nejběžnější izotop helia, ochladí na teplotu nižší než 2,17 kelvinu, tedy přibližně −271 °C, přechází do supratekutého stavu. Jde o kapalinu, která může proudit bez vnitřního tření.
Vědci navrhují naplnit supratekutým heliem-4 trubici ve tvaru dutého prstence (toru), a sledovat změny jeho proudění pomocí speciálně navržené bariéry s nanopóry. Teoretický výzkum ukázal, že by supratekutý gyrometr pracující například při 10 milikelvinech mohl dosáhnout citlivosti srovnatelné s dosud nejpřesnějšími měřeními strhávání časoprostoru, ne-li lepší.
U podobných měření je zásadní výhodou, že by navrhovaný experiment mohl proběhnout přímo v pozemské laboratoři, nikoli ve vesmíru. Výpočty vědců navíc naznačují, že by díky supratekutému heliu v takovém experimentu mohli zkoumat fyzikální procesy probíhající v časových intervalech jen o několik řádů delších, než je Planckův čas, tj. přibližně 5,39 krát 10 na mínus 44 sekundy. Na této škále by se mohly projevovat dosud neznámé vlastnosti gravitace, které současné experimenty nedokážou zachytit.
##seznam_reklama##
Experiment by měl rovně umožnit pozorovat skutečný projev obecné relativity v makroskopickém kvantovém systému. Strhávání časoprostoru totiž newtonovská teorie gravitace nepředpovídá. V současné době již probíhají přípravy, jak teoretické, tak i praktické povahy. Nezbývá se než těšit se, jak se to povede.
Video: Birgitta Whaley – Open loop control of continuously monitored quantum systems
Literatura