最准的时钟在哪里？

位于美国科罗拉多州博尔德城的美国国家标准与技术研究所的科学家研制出了一种新型的原子钟，这种时钟的指针在１秒钟内走动时发出的“滴嗒”声为千的五次幂（在１后加１５个零所得的数），它比现在最高级的时钟－－微波铯原子钟计算的时间要精确得多。 领导这一研究的美国物理学家斯科特·迪达姆斯说：“我们首次展示了这种新一代原子钟的原理，这种时钟可能比目前的微波铯原子钟精确１００到１０００倍。”由于这种时钟的研制主要是依靠激光技术，因而它被命名为“全光学原子钟”。它可以计算有史以来最短的时间间隔，比现在最高级的时钟计算的时间间隔短１０万倍。迪达姆斯还说，这种新型时钟可以提高航空技术，还可以提高通信技术，如移动电话和光纤通信技术等。 自通过太阳确定时间的日昝仪发明以来，所有时钟的构造都包括两大部分：即能够按照固定周期走动的装置，如钟摆；还有一些计算、累加和显示时间流失的方法，如驱动时钟指针的齿轮。大约５０年前首次研制出的原子钟增加了第三部分，即以特定的频率对光和电磁辐射作出反应的原子，以控制“钟摆”。目前最高级的原子钟，是利用１００万个液态金属铯原子对微波辐射作出反应来控制时钟指针的走动。这样的时钟指针每秒种大约走动１００亿次，时钟指针走动得越快，时钟计算的时间也就越精确。但是铯原子钟使用的高速电子学技术并不能计算更多的时钟指针走动次数。因而，美国科学家在研究新型原子钟时使用的不是铯原子，而是单个冷却的液态汞离子（即失去一个电子的汞原子），并把它与功能相当于钟摆的激光振荡器相连。汞离子的频率比铯原子的频率高１０万倍。 迪达姆斯说，计时技术的进步将带动许多其它领域的进步。他预计，将来这种新型时钟将用于调节卫星的精确轨道、外层空间的航空和联接太空船等。他还说，目前这种新型时钟在博尔德城其他的两个机构试验室内还只是一堆部件，并没有成形或被整齐地装在一个盒子里，标明为美国国家标准与技术研究所全光学原子钟，不知道的人完全看不出来这是一个时钟。

美国科罗拉多州城市博尔德当地时间二十二日下午发生枪击了惨案，这起持枪袭击案至少造成十人死亡，其中包括了一位警官，目前有一名枪手已被逮捕，但外界对其身份与行凶动机尚不得而知，美国枪枝泛滥问题非常严重，大规模枪击案件经常发生，而每次都会造成惨重的死伤，而推动立法加强枪枝管制的呼声近些年一直高涨，但受到保守派的百般阻挠。

惨案发生在博尔德当地的一家King Soopers超市，案发时间是下午的二时三十分左右，博尔德市警察局长表示已有枪案已经造成了十人遇害，其中包括一位殉职警官Eric Talley，殉职警官Eric Talley现年51岁，二零一零年进入博尔德市警局服役，枪击案发生时他是首批赶赴现场的警察之一，以与歹徒的对峙中中枪倒地，博尔德市警察局长以“英雄”形容这位同事的表现。

波尔德市警局高阶警官山口表示，嫌犯在受伤后被警方成功逮捕，而现场媒体拍摄到一名打赤膊、身材肥硕且秃头的白人男子被警方铐住带上警车，其腿部有明显的流血痕迹，据当地媒体报道，凶手持一把AR-15突击步枪作案，这种军用规格枪械杀伤力非常大，但在美国的枪械商店中很容易被合法购买。

二零二一年第一季度还没过完，美国已经发生了七起大规模枪击案件，一个星期前的三月十六日，一名枪手在乔治亚州城市亚特兰大持枪杀害了八人，其中有六人是亚裔女性，这个案件也在美国亚裔社群中引起了很大的反响，而美国政府在管控枪枝问题上的无能表现才是这些案件发生的主要原因，希望美国政府能够下定决心，果断的加强对枪枝的管控力度，以避免此类案件的再次发生。

说出来你可能不信，在地球上，住的楼层越低，时间就过得越慢。

虽然听起来像是玄学，但这却是科学结论，已经被科学家用可以高精度计时的原子钟验证过。

爱因斯坦的伟大，相信很多人都知道，他最著名的科学理论就是相对论。相对论分为狭义相对论和广义相对论。广义相对论认为物质的存在能够影响时空，并得出一个结论：引力场越强，时间越慢。住的楼层越低，地球的引力场也就越强，所以才有低楼层比高楼层时间过得更慢一点的结论。

不过这种时间变化十分微小，普通的计时器根本测不出来，要用原子钟。

2022年2月，世界知名科学杂志《自然》上分别刊登了美国研究团队的最新研究成果，文章显示，这个研究团队分别利用锶原子钟首次在毫米尺度验证了广义相对论中的时间膨胀效应。

实验证实，在毫米尺度上，广义相对论也是正确的。由于不同引力场区域的时间流逝速度是不同的，这次实验测得，在地球上高度相差一毫米，其中低一毫米的那个原子钟的时间会比另一个慢一千亿亿分之一。即1毫米高度差，会产生一千亿亿分之一的时间差。

该研究团队来自于美国天体物理联合实验室（JILA）。这个实验室由美国国家标准与技术研究所(NIST)与美国科罗拉多大学博尔德分校联合运营。

据JILA团队成员叶军（华裔物理学家、美国科学院院士、中科院外籍院士）介绍，JILA团队之所以能在毫米尺度验证广义相对论，就是因为采用了这种现在世界上计时精度最高的时钟。他们让锶原子钟达到了非常精确的程度，从宇宙诞生至今的138亿年时间里，误差还不到0.1秒。

而在2010年，NIST的物理学家已经利用原子钟在33厘米的尺度上验证了广义相对论中的这一结论。

原子钟是一种非常精确的计时器，诞生于上世纪50年代，它的诞生源于拉比及其学生对于磁共振的研究。不管是哪种计时仪器，本质上都是利用周期运动来计时。在一定条件的磁作用下，氢、铯、铷等原子会发生超精细跃迁，这种跃迁会辐射出一定频率的电磁波，利用这种频率就能进行十分精确的计时。在此之前，世界上最精确的计时器是利用石英晶体的振动频率来计时。它的精度虽然远没有原子钟高，但在日常生活中还是比较实用的，比如电子表用的就是它。

现代国际单位制中，在转动的大地水平面上，处于基态的铯-133原子的两个超精细能级间跃迁时对应辐射的9192631770个周期的持续时间，被定义为一秒。

那么科学家是如何在1毫米的尺度上利用原子钟测量时间差异的呢？

据介绍，叶军团队利用6束激光先后将10万个锶原子冷却，并利用红外激光使之维持在超冷状态，并装入光学晶格中，构成原子团。然后再通过一定频率的激光，激发原子团，并测量不同区域发出的光的频率。

根据广义相对论，引力场越强，不仅时间会变慢，就连光的频率也会发生改变。在引力的作用下，光的频率会发生红移，即频率变低波长变长，这被叫作引力红移。引力场越强，这种红移量也就越大。

在这次实验中，研究人员并没有使用两个独立的原子钟，而是通过测量同一个原子团中两个仅相差一毫米的区域所发出的电磁波在地球引力场中的红移量，来间接测量时间。

科学家很早就知道广义相对论是正确的，那为什么还乐此不疲地不断验证？

其实，科学之所以是人类认知世界最靠谱的方式，就在于它的严谨性，所有科学结论都可以通过实验进行验证。实验精度越高，反而更能证明该理论的正确性。

此次对广义相对论更为精确的验证，美国科学家所采用的超高精度的原子钟，才是最值得注意的。GPS的应用就有广义相对论的功劳，原子钟精度的提高，也有望提高GPS的精度。

由于引力在小尺度空间上十分微弱，在以往非常难以测量。现在这种使用同一个原子钟在微小尺度下进行高精度测量的技术，或许有助于人类研究暗物质与普通物质的相互作用，以及引力波等。

---