アインシュタインの等価原理、一般相対性理論、時空泡の極低温試験

物理学者達が、宇宙膨張が室内実験に影響を与えるのか?この膨張が、アインシュタインの等価原理に違反して、原子時計によって別々に測定された固体と時間の長さを変化させるのか?時空が時間と共に光子速度を若干変化させる泡状構造を持っているのか?等の疑問に答えるべく、宇宙膨張効果調査用に設計された試験を実行したみたいです。一般相対性理論と量子重力との間の関係を明らかにする可能性があるアイデアのようです。

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アインシュタインの等価原理

Cryogenic test probes Einstein’s equivalence principle, general relativity, and spacetime ‘foam’

In their study published in Physical Review Letters, E. Wiens, A.Yu. Nevsky, and S. Schiller at Heinrich Heine Universität Düsseldorf in Germany have used a cryogenic resonator to make some of the most precise measurements yet on the length stability of a solid object. Overall, the results provide further confirmation of Einstein’s equivalence principle, which is the foundation on which the theory of general relativity is based on. And in agreement with previous experiments, the researchers found no evidence of spacetime foam.

「Physical Review Letters 誌に掲載された彼等の研究論文の中で、ハインリッヒ・ハイネ大学デュッセルドルフ(ドイツ)のウィーンズ氏、ネフスキー氏、シラー氏は、固体の長さの安定性に関して、今までの中で最も正確ないくつかの測定を行うために極低温共振器を使用しました。総合的に言って、今回の試験結果は、一般相対性理論の基礎になっているアインシュタインの等価原理のさらなる裏付けを提供しています。また、過去の実験と一致して、研究者は、時空の泡の証拠を発見していません。」

”研究室で起こる宇宙膨張の影響をテストする方法を想像するのは簡単ではありません(はるか彼方の銀河を研究するのとは対照的に)。”と、シラー氏はPhys.orgに対して話しています。”我々のアプローチは、そういったテストを行う1つの方法です。我々が何の影響も観測しなかったことは、一般相対性理論の予測と一致しています。”

共振器の長さ測定

5ヶ月にわたって、研究者は、それの中に閉じ込められている電磁波の周波数を測定することで共振器の長さの日々の測定結果を記録しました。全ての熱運動を抑え込む手段として、研究者は、極低温 (絶対零度の1.5度上)で、共振器を稼働しました。それに加え、傾き、レーザー光による照射、そのデバイスの安定性を損なう他のいくつかの影響等の外部擾乱を、可能な限り抑え込みました。当該共振器の周波数を測定するために、研究者たちは、原子時計を使いました。周波数におけるどんな変化も、共振器の長さの変化が、原子時計によって測定された時間の変化とは異なることを示唆しています。

上記の実験は、実質的には周波数の変化が全くないこと、あるいは、セロ点移動を検出していて、もっと正確に言えば、平均微小移動が、研究者が、3000年間にわたって共振器の鏡面上に沈着した、たったの分子の一層に過ぎないと表現している長さの減少に相当する、約10-20/秒になることが測定されました。このドリフトは、今までで、あらゆる共振器に対して測定された中で最も低い値(史上最小値)です。

今回のゼロ結果の最も重要な含意の1つが、それが、等価原理に対するさらなる後押しをしているということです。1900年代初期にアインシュタインによって理論化された等価原理は、重力と加速度(人が宇宙空間で上向き加速しているエレベーターの中で感じるだろう加速度のような)が等しいというアイデアです。

局所位置不変性

This principle leads to several related concepts, one of which is local position invariance, which states that the non-gravitational laws of physics (for example, electromagnetism) are the same everywhere. In the current experiment, any amount of resonance drift would have violated local position invariance. Along similar lines, any amount of resonance drift would also have violated general relativity, since general relativity prohibits changes to the length of solid objects caused by the expansion of the universe.

「この原理が、いくつかの関連した概念をもたらしていて、その1つが、物理学の非重力的法則(例えば電磁気学など)が、どこでも不変であることを提示している局所位置不変性です。最近の実験において、どれだけの量の共鳴ドリフトでも、局所位置不変性に違反していました。似た台詞が、どんな量の共鳴ドリフトも、一般相対性理論が宇宙の膨張による固体の長さの変化を禁止しているので、一般相対性理論にも違反していたはずです。」

local position invariance = 局所位置不変性、局所座標不変性

時空の泡

Finally, the experiment also attempted to detect the hypothetical existence of spacetime foam. One of the effects of spacetime foam would be that repeated measurements of a length would produce fluctuating results. The constant measurement results reported here therefore indicate that such fluctuations, if they exist at all, must be very small.

「最後に、今回の実験は、仮設的な時空泡の存在の検出も同時に試みています。時空の泡の影響の1つが、長さの繰り返し測定が、変動性結果を産出することです。ここで報告されている不変の測定結果が、従って、そういった変動が、仮に本当に存在しているとしたなら、非常に微小であるにちがいないことを示唆してくれています。」

将来的に、当該研究者達は、極低温共振器に使われている極度に正確な測定技術が、他のアプリケーションに対しても利用されるようになることを期待しています。

”この研究の最も大きな成果の1つが、私たちが、極端に小さいドリフトを持つ光共振器を作り出して操作する手法を開発したことです。”とシラー氏は言った。”この事は、原子時計や、例えば、深宇宙の宇宙探査機のレーダートラッキング用の精密測定の分野向けのアプリケーションをもたらしてくれる可能性があります。”

アインシュタイン博士の理論が正しいことがまた証明されてしまったみたいです。現在、一般相対性理論に誤りがあることを証明することに躍起になっている研究者もいますが、恐らく、それを発見するとしたら、量子コンピュータを搭載した人工知能だろうと言われていますが、確かにそんな気がしないでもしません。アインシュタイン博士の頭脳を上回ることができる頭脳は、人工知能しか存在しないように思われるからです。

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