超精密原子钟实验证实了爱因斯坦关于时间的预测

使用世界上最精确的原子钟之一，物理学家已经证明，如果你将地球表面上方的高度改变微小的 0.008 英寸（0.2 毫米）——大约是一张纸宽度的两倍，时间会慢一点。这一发现再次证实了阿尔伯特·爱因斯坦的相对论，该理论预测像我们的星球这样的大质量物体会扭曲时间的流逝并使其减速。 

1915 年，爱因斯坦证明，任何有质量的东西都会扭曲时空结构——这是我们体验到的重力效应。您可以将重力视为对时间流动的刹车。这个令人费解的想法意味着离地球较近的时钟比离地球较远的时钟运行得更慢——这种现象称为时间膨胀。 

根据教科书《时间性质的实验测试》，研究人员已经表明，在飞机上飞行的超精密原子钟的运行速度明显快于地面上的原子钟。博思韦尔说， 2010 年，科学家们通过用两个高度相隔约 1 英尺（33 厘米）的铝基原子钟 测量时间的流逝创造了一项新记录，发现较高的原子钟运行得稍快一些。

他补充说，最新的测量结果大约好 1000 倍。“我们真的让我们对频率测量的能力感到震惊，”博思韦尔说。

该实验使用了大约 100,000 个同位素锶 87原子的集合，锶 87 通常用于原子钟，冷却到绝对零以上几分之一度，并放置在称为光学晶格的结构中。根据NIST的说法，光学晶格使用相交的激光束来创建类似于鸡蛋盒的峰谷景观，其中每个原子都位于其中一个山谷中。

根据 2018 年的一篇文章，每个锶原子来回振荡，在其空间内以每秒 500 万亿次的速度滴答作响，就像微型落地钟的钟摆一样，使团队能够测量几分之一秒，精确到小数点后 19 位。 

博思韦尔说，光学晶格中的锶原子排列成许多层，有点像一堆煎饼。通过在这些层上照射激光，他和他的同事可以测量每一层中的原子滴答作响的速度。 

“当你从上到下时，你会看到每一层由于重力的作用而略有不同，”他说。研究结果于 2 月 16 日发表在《自然》杂志上。 

他补充说，这是因为锶原子能够处于所谓的状态叠加状态，即同时存在两种状态。Vengalattore 说，根据量子力学，粒子可以同时存在于两个位置（或状态），因此未来的实验可能会将锶原子置于叠加状态，同时位于两个不同的“煎饼”中。 

当粒子同时在两个地方时，团队可以测量沿叠加的锶原子不同点的时间流逝，这会由于它感受到的不同引力而发生变化。这应该表明“在粒子的一端，时间以一种速度运行，”文加拉托尔说。“而在另一端，它以不同的速度运行。”

他补充说，这种令人难以置信的奇异可能性是量子世界和经典世界之间差异的核心。经典物体，如网球和人，不能同时位于两个地方的叠加态中。但是，量子和经典之间的转换发生在哪里还不清楚。通过增加之间的距离，研究人员基本上可以使粒子变得越来越大，并有可能看到它何时停止表现得像一个量子粒子，何时更像一个经典粒子。

这样的实验可能会让物理学家更接近一个长期寻求的梦想——一个关于一切的理论，它将统一爱因斯坦的相对论，它描述了非常大的东西，而量子力学描述了非常小的东西。