眾所周知,愛因斯坦的相對論所預測的時間延長是在宇宙尺度上發生的,例如在黑洞附近或星系加速。但是現在研究人員已經在較小範圍內測量了相對論的影響。
物理學家使用極其精確的原子鐘來計算時間流逝。研究人員發現,即使高度差約為1英尺(33釐米),也會隨著時間的流逝而產生可測量的變化。研究人員發現,例如,如果一個雙胞胎花了79年的時間生活在比她姐姐高1英尺的海拔高度,那麼第一個雙胞胎的壽命將比第二個大900億分之二。
科學家通過使用超靈敏的時鐘進行了測量,每個超靈敏的時鐘都是由一個帶電的鋁原子構成的,它們在兩種能量水平之間每秒振動超過一萬億次。他們在實驗室中將一個時鐘放置在另一個時鐘的高度更高的地方,並且正如愛因斯坦所預測的那樣,發現較高的時鐘比較低的時鐘運行得更快。
美國國家標準技術研究院的研究負責人詹姆斯·欽文(James Chin-Wen Chou)說:「您必須具有非常高的準確性,才能分辨出時鐘的滴答頻率會發生很小的變化。」 「所以我想說,儘管我們的時鐘能清楚地看到它,但人們不會感到任何不同。」
這種所謂的「時間膨脹」效應是愛因斯坦廣義相對論的結果,該理論認為,大質量物體(例如地球)的引力會扭曲其周圍的時空,從而導致時間流加速上升或下降的速度取決於其與質量的距離。(從時間上講,隨著時間的流逝,人靠近大塊物體的速度會變慢。)
愛因斯坦的另一項發現 -所謂的狹義相對論-顯示,從靜止的人的角度來看,一個人靜止不動的時間似乎也變慢了。研究人員也可以通過採用兩個相同的原子鐘並設置一個原子鐘進行驗證,以使其在實驗室中以每秒幾米的速率來回振蕩。正如相對論所預言的那樣,那個時鐘的滴答聲比第二個時鐘的滴答聲慢。
我們必須放棄絕對時間的概念,儘管科學家們對這些理論能否在這種規模上持懷疑態度並不重要,但重要的是要證明時鐘現在可以檢測出如此小的相對論效應。
在19世紀末,人們說物理學已經相當完善,直到精確測量開始起作用,並表明一些理論做出的預測與測量不一致,然後我們意識到我們不了解自然。
在狹義相對論的理論,以及量子力學的某些方面,誕生了這些早期的測試,他說。