科學家測到毫米空間內的時間差異

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【新唐人北京時間2022年02月23日訊】根據愛因斯坦的相對論,引力和速度都會造成時空的彎曲,導致不同空間內時間流逝速度的變化。科學家最近通過一項實驗,測量到了僅一毫米空間尺度內時間的差異。

這項實驗的負責人美國聯合實驗室天體物理研究所(JILA)的物理學家葉君(Jun Ye,音譯)告訴Vice網站:「從某種意義上說,我們證明的是時間和空間之間的聯繫。愛因斯坦的相對論告訴我們,時間就是空間,空間就是時間,時間是一個相對的概念,並不是一個絕對的概念。」

現在科學家已經知道,任何不同的空間場內的時間都是有差異的(即時間彎曲),比如山腳下和山頂上、陸地上和海上,只要引力場不同,以及物體運動速度的不同,都會造成上面時間流逝速度的差異。只是對於人類生活的空間來說,這個差異很小,人們感覺不到。但是通過精密的儀器,現在科學家能夠把這個差異測量出來。

這個研究組通過高精確度的原子鐘實現了這項測量上的突破。JILA是美國國家標準技術研究所(NIST)與科羅拉多大學波德分校(University of Colorado Boulder)合作的機構,在過去幾十年來致力於原子鐘的研究,在這個行業處於領先地位。

2010年,JILA的科學家測量到相距33釐米兩地之間的時間差異,這在當時也是一項重要的突破。十多年後的今天,他們通過追蹤極低溫下鍶原子頻率的變化,獲得新的突破——測量到只有1毫米空間尺度內時間的差異。

葉君解釋說:「我們經常開玩笑說,『我們一輩子活一百年,在這期間,你大腦內的時間比你腳上的時間快大約半微秒。』這對於人體範圍來說微乎其微,誰會在意一百年內半微秒的時間差異?但是這對於地球的變化、駕駛飛船去火星甚至更遠的星球來說,就很重要。」也就是說,在那樣尺度範圍的空間差異下,這些微小的時間差異就很明顯,就要考慮到它們可能帶來的後果。

當人類乘坐太空船在太空中飛行的時候,太空船上的時間和地球上的時間流逝的速度不一樣,可能比地球上快,也可能比地球上慢,這取決于飛船飛行的速度、以及與地球引力場的距離。當然這些因素十分複雜,這只是簡單的一種理解。

JILA研發的原子鐘,準確度是石英表的數千億倍。項目組說,假設這個鐘在宇宙大爆炸那個時候啓用,到今天它的誤差還不到一秒。他們近年來發佈的最新版本的原子鐘,核心構件是一個約10萬個鍶原子的密閉室。如此精確的原子鐘,在大量科研領域都有重要的用途,可以作為太空距離測量儀、太空船導航、協調相機同步拍攝照片、探測引力波,甚至通過衡量時間的差異,能探知不到一釐米的海拔差異。

這份研究2月16日發表於《自然》(Nature)期刊。

(轉自大紀元/責任編輯:葉萍)

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