Лазерный мир

А еще с его помощью можно проверять теорию относительности Эйнштейна

Австралийские ученые создали систему стабилизации лазерных лучей для самого крупного радиотелескопа на планете – SKA. Эта система защитит их от турбулентности земной атмосферы. Благодаря ей лазеры можно использовать еще и для проверки теории относительности Эйнштейна. Статью с результатами исследования опубликовал научный журнал Nature Communications.

«Если установить созданный нами оптический терминал на одном из спутников, то его можно будет использовать для изучения законов природы – например, максимально точно проверить теорию относительности и выяснить, меняются ли фундаментальные постоянные со временем», – объяснил один из авторов работы, физик из Университета Западной Австралии Саша Шедиви.

Сформулированная Альбертом Эйнштейном общая теория относительности предсказывает, что в присутствии гравитационных полей разной силы и при движении с большой скоростью время течет неоднородно. Чем больше гравитация и быстрее движется объект, тем сильнее оно «растягивается». Из-за этого в окрестностях горизонта событий черных дыр или при разгоне до околосветовых скоростей время практически останавливается.

Ученые неоднократно подтверждали это в ходе наблюдений за далекими объектами и экспериментов на орбите Земли, поэтому они не сомневаются, что этот эффект существует. Однако пока не понятно, как это явление действует в микромире, поведением компонентов которого управляют законы квантовой физики, которые не совместимы с теорией относительности во всех ее мыслимых интерпретациях.

Новое исследование Шедиви и его коллег может помочь проверить это. Они разработали систему оптической связи для строящегося в Австралии SKA – самого крупного радиотелескопа в мире.

Как правило, для объединения компонентов оптических и радиоволновых телескопов ученые используют оптоволокно, однако в случае со SKA сделать это проблематично из-за его размеров. Поэтому физики пытаются заменить оптоволокно лазерными излучателями и приемниками, сигнал между которыми передается «по воздуху». Однако из-за того, что атмосфера Земли постоянно движется, на пути лазерного луча возникают помехи. Поэтому передавать информацию на большие расстояния таким образом нельзя. Созданию компактных и быстрых систем оптической связи со спутниками на околоземной орбите мешают те же обстоятельства.

Шедиви и его коллеги решили эту проблему. Они создали систему активной стабилизации лазерного луча, которая подавляет действие турбулентности воздуха на сигнал, корректируя положение зеркал и других оптических компонентов принимающей и передающей установки.

Эту систему ученые проверили на крышах зданий французского Национального центра космических исследований. Они находятся на расстоянии 265 метров друг от друга и при этом соединены высококачественной подземной оптоволоконной линией связи длиной в 780 метров. Собрав компактный набор излучателей и приемников лазерного излучения, пригодных для установки на спутник связи, физики подключили их к этой линии и сравнили качество передачи сигнала через подземную и воздушную линии.

Оказалось, что система активной стабилизации лазерного луча полностью справилась с турбулентностью, защитив передаваемый сигнал от помех и сделав его неотличимым от сигнала, который передавался через оптоволокно. Благодаря этому подобные установки можно будет использовать не только для высокоскоростного обмена информацией между компонентами SKA или между самолетами, спутниками и наземными станциями связи, но и для решения других задач.

В частности, системы стабилизации луча позволят очень точно измерить, как гравитация растягивает вырабатываемые волны от лазера, благодаря чему можно будет изучить природу эйнштейновского замедления времени. Также эта система может помочь в поисках темной материи и в оценке того, как время влияет на значение постоянной тонкой структуры и ряда других важнейших фундаментальных констант.

Источник: https://nauka.tass.ru/nauka/10523873