日本東京大學量子電子學教授香取秀俊的科學團隊,在4月6日的《自然光子學》上發表論文,他們團隊通過超精密時鐘“光晶格鍾”,藉助於高450米的東京晴空塔(Tokyo Sky Tree),驗證了愛因斯坦的假設。
其實這個驗證的過程是很簡單的,該團隊將同步走表的時鐘分別放在東京晴空塔的一樓和觀景臺上,兩者之間的高度差為450米。最後得到資料顯示觀景臺上的時鐘走時比一樓的時鐘快,但是兩者之間僅僅相差500萬億分之一秒。實驗共持續了24個小時,觀景臺上的時鐘要比地面上的快4.3納秒(1納秒等於10億分之一秒)。按照這樣的規律計算,如果時間持續一年的話,觀景臺上的時間要比一樓的時間快1.6微秒(1微秒等於百萬分之一秒)。
在這個實驗中的關鍵就是時鐘,而這個時鐘是光學原子鐘,科學家主要用它來校準量子微粒的震動。這個裝置非常的精確,科學家認為至少需要300億年的時間,它才可能會慢一秒鐘。如果測量的時鐘不夠精確,那麼只有在高度上做文章,因此之前的驗證實驗都需要把時鐘帶上太空,通過衛星來測量比對。
科學家稱:觀景臺上的時間要快於一樓的時間,唯一能用來解釋的就是愛因斯坦的廣義相對論。
牛頓在物理學界可以說是開山鼻祖的存在,是非常具有權威性的,在十九世紀末經典物理學大廈已經趨於完美,但仍有兩片小烏雲漂浮在天空中,讓這一切顯得又不那麼完美。其中之一就是邁克爾遜-莫雷實驗不僅僅沒有證明以太的存在,恰恰相反證明了以太是不存在的。其中之二就是黑體輻射的實驗結果和實際理論的不一致。
就是以這兩朵小烏雲為起點,20世紀物理學的兩大重要支柱相對論和量子力學就發展起來了。今天主要還是說第一朵小烏雲,針對這樣的實驗結果,很多老一派物理學家都不太相信牛頓還能出錯,牛頓提出了以太的存在,那它就必然會存在,所以很多人都認為是實驗的過程和原理出現了問題。但唯獨有一個人不這樣想,他就是剛剛二十出頭的愛因斯坦,當時愛因斯坦還是一個小小的專利員。
愛因斯坦秉著奧卡姆剃刀原理(如無必要勿增實體),提出了自己的觀點,愛因斯坦認為以太就是不存在,認為光速在真空中是不變的,從而在1905年提出了自己的狹義相對論,再過十年把引力加入自己的理論框架,提出了廣義相對論,廣義相對論的核心就是時空彎曲。
在《星際穿越》中出現過這樣的場景,庫伯一行人去到了一顆新發現的行星上,在那裡待了三個小時,但回到飛船後發現地球上已經過了21年。這就是愛因斯坦廣義相對論的時間膨脹效應,引力越大的地方時間流逝速度越慢。因為新發現的那顆恆星是在繞著超大品質黑洞在公轉,因此引力巨大,那麼時間就非常的緩慢,就出現了1個小時等於地球7年的場景。
那麼在文章開篇處觀景臺上的時間要快於一樓的時間,實際上用廣義相對論是可以解釋的,但前提是“時間的測量比需要足夠的準確”,因為高度差450米,引力之間的差異是非常小的幾乎就是可以忽略不計的。
不得不佩服愛因斯坦的偉大,在百年前做的種種預言,例如黑洞、引力波、引力透鏡等等,到今天都已經被發現了,一個人不知道成就了多少個諾貝爾獎。