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, 物理学家通过极为精确的原子钟发现 , 高度仅仅高了1毫米 , 时间也会走快1000亿亿分之一 , 这再次以极高的精度证实了爱因斯坦百年前的预言 。
宇宙中的时间并非像牛顿想的那样是绝对一致的 , 根据爱因斯坦的狭义相对论 , 时间在运动参照系中会变慢 , 这被称为时间膨胀效应 。 速度越接近光速 , 时间走得越慢 , 越接近于停止 。 除了速度之外 , 引力也会影响时间的流逝速率 , 这究竟是为什么呢?
引力我们都很熟悉 , 我们每个人都受到地心引力的作用 , 被束缚在地球表面 。 地球被太阳束缚住 , 不会游荡到星际空间中 。 同样地 , 太阳被银河系束缚住 , 不会流浪到星系际空间中 。 这些现象的背后都是引力在起作用 。
17世纪 , 牛顿发现了万有引力定律 , 给出了引力公式 , 两个物体之间的引力正比于它们的质量之积 , 反比于它们之间距离的平方 。 万有引力定律成功解释了天体运动 , 并且还能预言第八大行星(海王星)的存在 。
虽然万有引力定律取得了前所未有的成功 , 但却并不完美 。 作为太阳系最内侧的行星 , 水星在绕着太阳公转时 , 近日点会有明显的进动 。 水星每绕太阳转一圈 , 都不会回到原来的位置 , 前后两个恒星年的公转轨道无法重合 。
【爱因斯坦又对了!外籍院士:高度差1毫米,时间差1000亿亿分之一】
根据观测结果 , 在100年的时间里 , 水星的近日点进动与万有引力定律预言的数值相差了43角秒 。 平心而论 , 这个偏差其实非常小 , 100年才差了0.01194度 , 差不多是1/84度 , 离1度还差得远 。
但如此小的误差也说明 , 牛顿的万有引力定律存在缺陷 , 它并不是终极的引力理论 。 这个问题直到1915年 , 爱因斯坦完成广义相对论后 , 才得到完美解决 。
爱因斯坦对引力的解释完全不同于牛顿 , 爱因斯坦不认为引力是一种纯粹的新引力 , 取而代之的是一种几何效应 。 根据广义相对论 , 物体甚至是能量都会让原本平直的空间发生弯曲 , 物体在弯曲空间中运动 , 就有互相靠近的趋势 , 从而看起来就像是一种吸引力 。
爱因斯坦的广义相对论完美地解释了水星问题 , 而且还预言了诸多未知的引力现象 , 包括引力透镜效应、引力波、黑洞、引力以光速传播 , 这些现象都在后来的观测中一一得到完美证实 。
广义相对论预言 , 物体除了会让空间发生弯曲之外 , 还会让时间扭曲 。 在引力越强的地方 , 时间过得越慢 , 这就是引力时间膨胀效应 , 物理学家早已通过实验证实了这一预言 。
1971年 , 物理学家把铯原子钟置于飞机上 , 让它与地面上的另一架铯原子钟进行对比 。 飞机在万米空中飞行时 , 距离地心更远 , 所受引力更弱 , 上面的时间应该过得更快 。
即便考虑到飞机速度更快 , 时间会相对更慢 , 但最终还是引力时间膨胀效应占据上风 。 总体而言 , 飞机上的时间流逝速率会快于地面上 , 最终的实验结果证实了这一点 , 与广义相对论的预言完全吻合 。
而根据这项最新研究 , 美国科罗拉多大学物理学家、中科院外籍院士叶军率领的研究团队 , 以前所未有的精度来验证广义相对论 。 通过激光冷却技术 , 物理学家利用锶原子研制出了光晶格钟 , 精度比此前提高了50倍 。
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