日本东京大学量子电子学教授香取秀俊的科学团队,在4月6日的《自然光子学》上发表论文,他们团队通过超精密时钟“光晶格钟”,借助于高450米的东京晴空塔(Tokyo Sky Tree),验证了爱因斯坦的假设。
其实这个验证的过程是很简单的,该团队将同步走表的时钟分别放在东京晴空塔的一楼和观景台上,两者之间的高度差为450米。最后得到数据显示观景台上的时钟走时比一楼的时钟快,但是两者之间仅仅相差500万亿分之一秒。实验共持续了24个小时,观景台上的时钟要比地面上的快4.3纳秒(1纳秒等于10亿分之一秒)。按照这样的规律计算,如果时间持续一年的话,观景台上的时间要比一楼的时间快1.6微秒(1微秒等于百万分之一秒)。
在这个实验中的关键就是时钟,而这个时钟是光学原子钟,科学家主要用它来校准量子微粒的震动。这个装置非常的精确,科学家认为至少需要300亿年的时间,它才可能会慢一秒钟。如果测量的时钟不够精确,那么只有在高度上做文章,因此之前的验证实验都需要把时钟带上太空,通过卫星来测量比对。
科学家称:观景台上的时间要快于一楼的时间,唯一能用来解释的就是爱因斯坦的广义相对论。
牛顿在物理学界可以说是开山鼻祖的存在,是非常具有权威性的,在十九世纪末经典物理学大厦已经趋于完美,但仍有两片小乌云漂浮在天空中,让这一切显得又不那么完美。其中之一就是迈克尔逊-莫雷实验不仅仅没有证明以太的存在,恰恰相反证明了以太是不存在的。其中之二就是黑体辐射的实验结果和实际理论的不一致。
就是以这两朵小乌云为起点,20世纪物理学的两大重要支柱相对论和量子力学就发展起来了。今天主要还是说第一朵小乌云,针对这样的实验结果,很多老一派物理学家都不太相信牛顿还能出错,牛顿提出了以太的存在,那它就必然会存在,所以很多人都认为是实验的过程和原理出现了问题。但唯独有一个人不这样想,他就是刚刚二十出头的爱因斯坦,当时爱因斯坦还是一个小小的专利员。
爱因斯坦秉着奥卡姆剃刀原理(如无必要勿增实体),提出了自己的观点,爱因斯坦认为以太就是不存在,认为光速在真空中是不变的,从而在1905年提出了自己的狭义相对论,再过十年把引力加入自己的理论框架,提出了广义相对论,广义相对论的核心就是时空弯曲。
在《星际穿越》中出现过这样的场景,库伯一行人去到了一颗新发现的行星上,在那里待了三个小时,但回到飞船后发现地球上已经过了21年。这就是爱因斯坦广义相对论的时间膨胀效应,引力越大的地方时间流逝速度越慢。因为新发现的那颗恒星是在绕着超大质量黑洞在公转,因此引力巨大,那么时间就非常的缓慢,就出现了1个小时等于地球7年的场景。
那么在文章开篇处观景台上的时间要快于一楼的时间,实际上用广义相对论是可以解释的,但前提是“时间的测量比需要足够的准确”,因为高度差450米,引力之间的差异是非常小的几乎就是可以忽略不计的。
不得不佩服爱因斯坦的伟大,在百年前做的种种预言,例如黑洞、引力波、引力透镜等等,到今天都已经被发现了,一个人不知道成就了多少个诺贝尔奖。
文/科学黑洞,图片来源网络侵删。