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原子钟是迄今发明的最精确的计时装置 ， 它通过探测原子中的两个电子态之间的跃迁能来计时 。 最好的原子钟格外稳定 ， 即使运行了宇宙年龄的时长后 ， 误差仍不到一秒 。 这种精确度也让科学家有机会进行许多惊人的实验 。
根据广义相对论 ， 处于引力场中不同高度的原子钟会以不同的速度运转 。 当在更强的引力（距离地球更近）下观测时 ， 原子辐射的频率会降低 ， 也就是向电磁波谱的红端移动 。 换句话说 ， 在低海拔地区 ， 原子钟运转得更慢 。 这种现象已经被实验反复证实 。
在新研究中 ， 由物理学家希蒙 · 科科维茨（Shimon Kolkowitz）领导的团队在原子钟的稳定性上迈出了一大步 。 同时 ， 另一个由华人科学家叶军领导的团队则测量了一个由约 10 万个超冷锶原子组成的单一样本的顶部和底部之间的频率偏移 ， 从而展示了两个相隔仅一毫米（也就是差不多一根铅笔尖宽度）的微型原子钟会以不同速率运转 。
叶军和团队的新实验采用了一系列创新 ， 使得原子的能量状态得到了很好的控制 。 实验测得的整个原子云的红移非常小 ， 大约在 0.0000000000000000001 的范围内 。 团队绘制了时间膨胀的线性斜率随垂直距离的变化 ， 结果正如广义相对论所预测的 。
尽管这种差异对人类而言太小了 ， 以至于我们完全无法直接感知 ， 但时间膨胀效应对宇宙以及 GPS 等技术具有重大影响 。 更稳定、性能更好的原子钟在计时和导航之外还存在着更多的潜在应用 ， 包括在基础科学领域帮助探索量子力学与引力的联系 ， 或者寻找暗物质的存在 。
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