爱因斯坦首先发现,时间的流逝速度取决于你运动的速度,也取决于你离引力场的近远。科学家们已经证明,在较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,科学家们已经在最小的尺度上展示了这种时间差异——时钟在楼梯上以不同的速度运行。
在今天发表在《科学》杂志上的一项研究中,美国国家标准与技术研究院(NIST)的研究人员解释说,两个时钟之间一英尺的海拔差异导致它们以略微不同的速率跳动。这些光学时钟甚至可以测量由每小时20英里的速度差异引起的时间流逝的变化。
这些时钟基于一个铝离子的振荡,该离子每秒振动一百万亿次,在两个能级之间切换。NIST表示,一个时钟的精度大约在37亿年里误差一秒,另一个也几乎一样精确。
在一项实验中,James Chin-Wen Chou及其同事将一个时钟放置在其对照时钟上方约13英寸处。较高的时钟受到的引力较小,因为它离地球的引力场稍远一些。它走得更慢——尽管只是非常非常慢。据NIST称,79年的人生中,时间差异累计约900亿分之一秒。
不过,这意味着在这项研究中,科罗拉多州博尔德的参与者似乎比在海平面阅读这篇文章的读者老得更快。
在另一项实验中,NIST科学家还观察到,当你运动速度更快时,时间会流逝得更慢——这是相对论的一个关键原则——即使速度差异非常小。他们说,时钟在每小时仅20英里的速度差异下跳动得更慢。
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,尽管这种差异对人类来说是无法察觉的,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区分仅一厘米距离的时间差的时钟。