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说出来你可能不信，在地球上，住的楼层越低，时间就过得越慢。 虽然听起来像是玄学，但这却是科学结论，已经被科学家用可以高精度计时的原子钟验证过。  爱因斯坦的伟大，相信很多人都知道，他最著名的科学理论就是相对论。相对论分为狭义相对论和广义相对论。广义相对论认为物质的存在能够影响时空，并得出一个结论：引力场越强，时间越慢。住的楼层越低，地球的引力场也就越强，所以才有低楼层比高楼层时间过得更慢一点的结论。 不过这种时间变化十分微小，普通的计时器根本测不出来，要用原子钟。 2022年2月，世界知名科学杂志《自然》上分别刊登了美国研究团队的最新研究成果，文章显示，这个研究团队分别利用锶原子钟首次在毫米尺度验证了广义相对论中的时间膨胀效应。  实验证实，在毫米尺度上，广义相对论也是正确的。由于不同引力场区域的时间流逝速度是不同的，这次实验测得，在地球上高度相差一毫米，其中低一毫米的那个原子钟的时间会比另一个慢一千亿亿分之一。即1毫米高度差，会产生一千亿亿分之一的时间差。 该研究团队来自于美国天体物理联合实验室（JILA）。这个实验室由美国国家标准与技术研究所(NIST)与美国科罗拉多大学博尔德分校联合运营。  据JILA团队成员叶军（华裔物理学家、美国科学院院士、中科院外籍院士）介绍，JILA团队之所以能在毫米尺度验证广义相对论，就是因为采用了这种现在世界上计时精度最高的时钟。他们让锶原子钟达到了非常精确的程度，从宇宙诞生至今的138亿年时间里，误差还不到0.1秒。 而在2010年，NIST的物理学家已经利用原子钟在33厘米的尺度上验证了广义相对论中的这一结论。 原子钟是一种非常精确的计时器，诞生于上世纪50年代，它的诞生源于拉比及其学生对于磁共振的研究。不管是哪种计时仪器，本质上都是利用周期运动来计时。在一定条件的磁作用下，氢、铯、铷等原子会发生超精细跃迁，这种跃迁会辐射出一定频率的电磁波，利用这种频率就能进行十分精确的计时。在此之前，世界上最精确的计时器是利用石英晶体的振动频率来计时。它的精度虽然远没有原子钟高，但在日常生活中还是比较实用的，比如电子表用的就是它。  现代国际单位制中，在转动的大地水平面上，处于基态的铯-133原子的两个超精细能级间跃迁时对应辐射的9192631770个周期的持续时间，被定义为一秒。 那么科学家是如何在1毫米的尺度上利用原子钟测量时间差异的呢？ 据介绍，叶军团队利用6束激光先后将10万个锶原子冷却，并利用红外激光使之维持在超冷状态，并装入光学晶格中，构成原子团。然后再通过一定频率的激光，激发原子团，并测量不同区域发出的光的频率。  根据广义相对论，引力场越强，不仅时间会变慢，就连光的频率也会发生改变。在引力的作用下，光的频率会发生红移，即频率变低波长变长，这被叫作引力红移。引力场越强，这种红移量也就越大。  在这次实验中，研究人员并没有使用两个独立的原子钟，而是通过测量同一个原子团中两个仅相差一毫米的区域所发出的电磁波在地球引力场中的红移量，来间接测量时间。  科学家很早就知道广义相对论是正确的，那为什么还乐此不疲地不断验证？ 其实，科学之所以是人类认知世界最靠谱的方式，就在于它的严谨性，所有科学结论都可以通过实验进行验证。实验精度越高，反而更能证明该理论的正确性。 此次对广义相对论更为精确的验证，美国科学家所采用的超高精度的原子钟，才是最值得注意的。GPS的应用就有广义相对论的功劳，原子钟精度的提高，也有望提高GPS的精度。  由于引力在小尺度空间上十分微弱，在以往非常难以测量。现在这种使用同一个原子钟在微小尺度下进行高精度测量的技术，或许有助于人类研究暗物质与普通物质的相互作用，以及引力波等。 |
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