最精準鋁原子鐘展示愛因斯坦相對論

　　據美國物理學家組織網9月23日報道，美國國家標準技術研究院（NIST）的物理學家使用一對世界上最精確的原子鐘，揭示了日常生活中的“時間膨脹”效應。研究表明，離地球重力源越遠，時間過得越快。雖然這種差異很難被人覺察，但卻從更貼合實際的層面證明了愛因斯坦相對論的準確性。研究發表在24日出版的《科學》雜志上。

　　驗證“時間膨脹”效應

　　愛因斯坦相對論預測過兩種情況：其一是，當兩個時鐘位于地球表面不同海拔高度時，其受到的地球重力也不同。位于海拔更高處的時鐘，受到的重力更小，運行的速度更快，因此，時間也過得更快。以前，科學家們通過比較分別位于地球表面和快速飛行的火箭上的時鐘證明了這一點。

　　第二個場景被科學家稱為“雙胞胎悖論”：雙胞胎中的一位乘火箭以近光速飛行了幾個月，回來后發現兄弟已垂垂老矣。以前，科學家們使用噴氣式飛機驗證了這一點。

　　現在，NIST物理學家詹姆斯·周勤文（音譯）領導的研究團隊在實驗室中從日常生活層面驗證了這兩種場景。

　　在一個實驗中，研究人員將放置原子鐘的兩個桌子中的一個桌面升高了33厘米，發現位置低的原子鐘比位置高的原子鐘運行得更慢，79年內大約慢了900億分之一秒。這一結果論證了愛因斯坦關于距離重力源越遠、時鐘運轉越快的理論。　　　 

　　在第二個實驗中，研究團隊對鋁原子鐘內的鋁離子施加不斷變化的電磁場，使其快速往復運動，結果顯示，運動中的鋁原子鐘所示時間慢于靜止的鋁原子鐘。這一結果論證了愛因斯坦有關速度越快，時間越慢的理論。

　　全球最精準原子鐘

　　今年初，為完成這項實驗，周勤文團隊首先研制出了一對超精準的原子鐘，這種原子鐘以單粒鋁離子的滴答響聲為基準。其中一個原子鐘是目前全球最精確的計時工具，其精準度為運行37億年內誤差不超過1秒。而另外一個原子鐘則差一點。研究人員將這兩個原子鐘置于NIST不同的實驗室，并且使用75米長的光纖將其連接在一起。

　　NIST的鋁原子鐘，也被稱為“量子邏輯鐘”，因為它們的原理來源于實驗室量子計算機的邏輯決策制定技術。這種原子鐘由激光所操作，照射在鋁離子上的激光頻率比目前基于銫原子標準的原子鐘上使用的微波頻率高，因此，其準確度也更高。

　　研究人員表示，雖然這兩種場景中時間快慢的差異微乎其微，但是，其在測地學等領域將存在實際的用途，比如，這對超精確的原子鐘在不遠的將來可以幫助科學家測量地質震動；也可以用于地球物理學和水文學中，用來測試基本的物理理論等。

　　《科學》雜志網站指出，這兩個實驗提供的不同海拔時間差異的具體數據，可用于調整全球定位系統（GPS）衛星所攜帶的時鐘，使之更加精準。

　　科學家們希望通過改變離子收集器的幾何形狀、更好地控制鋁離子的運動以及環境干擾，最終將鋁原子鐘的精度提高10倍。