科学家测到毫米空间内的时间差异

根据爱因斯坦的相对论，引力和速度都会造成时空的弯曲，导致不同空间内时间流逝速度的变化。科学家最近通过一项实验，测量到了仅一毫米空间尺度内时间的差异。

这项实验的负责人美国联合实验室天体物理研究所（JILA）的物理学家叶君（Jun Ye，音译）说：“从某种意义上说，我们证明的是时间和空间之间的联系。爱因斯坦的相对论告诉我们，时间就是空间，空间就是时间，时间是一个相对的概念，并不是一个绝对的概念。”

现在科学家已经知道，任何不同的空间场内的时间都是有差异的（即时间弯曲），比如山脚下和山顶上、陆地上和海上，只要引力场不同，以及物体运动速度的不同，都会造成上面时间流逝速度的差异。只是对于人类生活的空间来说，这个差异很小，人们感觉不到。但是通过精密的仪器，现在科学家能够把这个差异测量出来。

这个研究组通过高精确度的原子钟实现了这项测量上的突破。JILA是美国国家标准技术研究所（NIST）与科罗拉多大学波德分校（University of Colorado Boulder）合作的机构，在过去几十年来致力于原子钟的研究，在这个行业处于领先地位。

2010年，JILA的科学家测量到相距33厘米两地之间的时间差异，这在当时也是一项重要的突破。十多年后的今天，他们通过追踪极低温下锶原子频率的变化，获得新的突破——测量到只有1毫米空间尺度内时间的差异。

叶君解释说：“我们经常开玩笑说，‘我们一辈子活一百年，在这期间，你大脑内的时间比你脚上的时间快大约半微秒。’这对于人体范围来说微乎其微，谁会在意一百年内半微秒的时间差异?但是这对于地球的变化、驾驶飞船去火星甚至更远的星球来说，就很重要。”也就是说，在那样尺度范围的空间差异下，这些微小的时间差异就很明显，就要考虑到它们可能带来的后果。

当人类乘坐太空船在太空中飞行的时候，太空船上的时间和地球上的时间流逝的速度不一样，可能比地球上快，也可能比地球上慢，这取决于飞船飞行的速度、以及与地球引力场的距离。当然这些因素十分复杂，这只是简单的一种理解。

JILA研发的原子钟，准确度是石英表的数千亿倍。项目组说，假设这个钟在宇宙大爆炸那个时候启用，到今天它的误差还不到一秒。他们近年来发布的最新版本的原子钟，核心构件是一个约10万个锶原子的密闭室。如此精确的原子钟，在大量科研领域都有重要的用途，可以作为太空距离测量仪、太空船导航、协调相机同步拍摄照片、探测引力波，甚至通过衡量时间的差异，能探知不到一厘米的海拔差异。

这份研究2月16日发表于《自然》（Nature）期刊。