超精确原子钟验证相对论：头部衰老速度比脚部快纳秒

爱因斯坦首先发现，时间的流逝速度取决于你的移动速度和你与引力场的距离。科学家已经证明，在高海拔地区时间流逝得更快——例如，火箭上的时钟比地球上的时钟走得慢。按照这个逻辑，宇航员实际上是时间旅行者。

现在，科学家已经在迄今为止最小的尺度上展示了这种时间差异的作用——时钟在楼梯上以不同的速度移动。

在今天发表于《科学》杂志的一项研究中，美国国家标准与技术研究所的研究人员解释说，两个时钟之间一英尺的海拔差异会导致它们的走时速度略有不同。光学时钟甚至可以测量每小时 20 英里的速度差异引起的时间变化。

这些时钟基于单个铝离子的振荡，该铝离子每秒在两个能级之间振动一百万亿次。NIST 表示，其中一个时钟的精确度在大约 37 亿年内为一秒，另一个时钟的精确度也差不多。

在一次实验中，James Chin-Wen Chou 和他的同事将一个时钟放置在比另一个时钟高出约 13 英寸的位置。较高的时钟感受到的重力较小，因为它距离地球引力场稍远。它的走时更慢——尽管慢了一点点。根据 NIST 的数据，在 79 年的生命周期中，时间差异总计约为 900 亿分之一秒。

尽管如此，这意味着在科罗拉多州博尔德进行这项研究的人显然比那些在海平面上阅读本文的人衰老得更快。

在另一项实验中，NIST 的科学家还观察到，当你移动得更快时，时间过得更慢——这是相对论的一个关键原则——即使速度变化很小。他们说，时钟走得更慢，只要相差 20 英里每小时。

在这些实验之前，最精确的相对论测试涉及火箭和喷气式飞机。NIST 表示，尽管这些差异对人类来说是不可察觉的，但它们可能对地球物理学和其他领域有用，例如测量地球的引力场。为了改进这些测量，NIST 的下一步是制造能够在仅一厘米的距离内区分时间的时钟。

美国国家标准与技术研究院