光钟和相对性
根据爱因斯坦的相对论,空间和时间并非固定不变的概念,他们是相对于观察者以及他们的参照系而定的。在所谓的孪生佯缪中,一对孪生子中的一人在快速运行的火箭飞行器中旅行,他在旅行归来时会比另外一个孪生子年轻,而这一“时间流逝变慢效应”可通过伴随旅行者和静态观察者的等同的钟的行走速度而进行量化。爱因斯坦相对论的另外一个推论是,在诸如地球这种巨大天体的附近,钟的行进速度会较慢,因为那里存在着这些巨大天体的重力场。例如,如果 2 个等同的钟在地球表面的垂直方向上相距 1 公里的话,那么,那个位置较高的钟会比位置较低的钟在一百万年中多发出大约 3 个每秒一次的嘀嗒声。在 2010 年 9 月 24 日刊的《科学》杂志中, Chou 等人
http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/329/5999/1630 用超精确的光原子钟在我们的日常生活所较为熟悉的距离和时限中证明了该相对性的影响。该光原子钟所利用的是某个原子中的电子占据着特定的“能态”以及电子可通过发射或吸收某一固定频率的电磁波而在两个能态之间跳跃的这一事实;参见由 A. Cho
http://news.sciencemag.org/sciencenow/2010/09/superaccurate-clocks-confirm-you.html 撰写的 Science NOW 故事。通过比较由一根长 75 米的光学纤维所连接的 2 只这样的钟,该研究团队能够探测到因为每秒钟数米的运行速度及不同的因为高度改变仅 33 厘米而导致的相对论中的时间流逝变慢的效应;请聆听对文章主要作者 Chin-wen Chou 的相关的播客采访。该技术可能在大地测量学(即测量地球的大小和形状)、水文学及基于太空的基础物理测试中有用。