英媒报道原子钟证明广义相对论

　　英国《新科学家》周刊网站2月16日刊发文章，题为《最精确的原子钟表明爱因斯坦的广义相对论是正确的》，全文摘编如下：
　　世界上最精确的原子钟已经证实，爱因斯坦的广义相对论所预测的时间膨胀在毫米尺度上是正确的。
　　物理学家一直未能将量子力学与广义相对论统一起来。量子力学是在最小尺度上描述物质的理论，而广义相对论可在最大的宇宙尺度上预测物体的行为，包括引力如何让时空发生弯曲。由于较短距离不会使引力发生很大改变，因此难以在微小的尺度上评估相对论。
　　但是，原子钟能够探测到这些细小的引力效应。原子钟通过测量原子周围的电子改变能量状态时所释放的辐射的频率来计算秒数。
　　实验天体物理学联合研究所位于美国科罗拉多州博尔德，该研究所的托比亚斯·博思韦尔和他的同事将数十万个锶原子分离为一系列＂薄饼状＂的原子群，每个原子群包含30个原子。他们用可见光将它们捕捉到1毫米高的垂直堆栈中。然后，他们用激光照射堆栈，并用高速相机测量散射光。
　　由于原子是垂直排列的，地球的重力导致每个原子群的振荡频率发生了不同程度的变化，这种效应被称为＂引力红移＂。在钟的顶端测量到的一秒比在底部测量到的一秒长10的负19次方秒。该研究团队成员叶军说，这意味着，如果让这个钟走过140亿年——大约是宇宙的年龄，那么它的误差只有0.1秒。
　　爱因斯坦的理论预测到了这个红移结果——精确到小数点后21位。以前的测量通过比较不同的原子钟已经在较大尺度上观察到了红移，博思韦尔团队则在一个原子钟上对这种现象进行了测量。
　　博思韦尔说：＂我们没有对相距30厘米远的不同原子钟进行比较，而是在单个时钟内进行研究，我们是第一次这么做。＂
　　该原子钟如此精确的一个原因在于，锶原子群靠得很近，面临相同的环境特性——比如它们的热环境，因此可以更容易地通过研究所的高分辨率相机进行比较和成像。
　　英国国家物理实验室的帕特里克·吉尔说：＂这是一个他们已经论证的令人印象深刻的结果。非常有趣的是，想想仪器的不同部分，（有关一秒的长度）它可能会给你不同的答案。＂
　　博思韦尔说，这种原子钟设计最终可以用来测量太空中的引力波，或测量暗物质和物质相结合的可能方式，以及应用于更实用的领域，比如提高全球定位系统（GPS）的精确度。GPS利用原子钟的准确计时来计算距离。
　　威斯康星大学麦迪逊分校的一个研究团队也制造了一种新的原子钟装置。
　　希蒙·科尔科维茨和他的同事利用了6个不同的锶原子钟之间的比较结果来测量1秒钟。这个被称为多路时钟的比较模型意味着，相比博思韦尔团队的钟，该团队可以使用较不稳定的激光，但仍然会实现非常高的精确度：这个钟每3000亿年仅损失1秒钟。
　　科尔科维茨说：＂这很好地证明，你可以使用性能低得多的激光。这些激光更便携、更有力，而且仍然会以相当惊人的精确度进行这种时钟比较。＂
　　他的团队的时钟测量了各原子钟之间的相对差异，因此它非常适合用来确定散布于整个太空的一些难以测量的效应，比如引力波或暗物质。现在，该团队正在考虑使用多路时钟在类似于博思韦尔团队的那种尺度上测量引力红移。