网站前端语言,自己做视频网站如何接广告,个人建站怎么做网站好,网站敏感关键词.txt来源#xff1a;凹非寺作者#xff1a;晓查 明敏你知道吗#xff1f;在地球上#xff0c;楼层越低#xff0c;时间过得越慢。这可不是玄学#xff0c;而是爱因斯坦广义相对论预言的时间膨胀效应#xff1a;引力越大#xff0c;时间越慢。△ 在不同高度差上验证时钟变快… 来源凹非寺作者晓查 明敏你知道吗在地球上楼层越低时间过得越慢。这可不是玄学而是爱因斯坦广义相对论预言的时间膨胀效应引力越大时间越慢。△ 在不同高度差上验证时钟变快图片来自Nature今天Nature封面的一篇文章证明了即使高度差只有一毫米时间流逝的速度也不一样这是迄今为止在最小尺度上验证广义相对论的实验。该研究来自于美国科罗拉多大学JILA实验室的叶军团队。他率团队开发出世界上最精确的原子钟得出在一毫米高度差上时间相差大约一千亿亿分之一也就是大约3000亿年只相差1秒与广义相对论预言一致。这种由于引力不同造成的时间差叫做引力红移虽然已经得到无数次验证但是如此高精度的检测还是头一次。引力改变光频率广义相对论指出引力场越强时间就越慢从而改变电磁波的频率。如果一束蓝光射向天空在引力的作用下就会向红色端移动称之为“引力红移”。虽然爱因斯坦早在1915年就预测了这种现象但是这种“移动”非常小直到1976年才有了第一次精确的实验验证。当时科学家用火箭将原子钟送到1万公里的高空发现它比海平面时钟快大约73年快一秒。△ 在不同高度差上验证时钟变快图片来自Nature虽然这种差距身体无法感知但却与我们的生活息息相关因为GPS必须要修正这个极小的时间差才能精确定位。几乎在12年前的同一天来自UC伯克利的团队测量了高度差33厘米的两个原子钟的时间差。现在叶军团队可以做到测量一个原子云内原子气体上下两端的时间差而二者之间高度只相差一毫米超精准的光晶格钟为何叶军团队能做到如此精确那是因为他们使用了一种更精确的时钟——光晶格钟optical lattice clock。这套系统先用6束激光将10万个锶原子逐步冷却最后用红外激光将锶原子维持在超冷状态。由于激光的相干性空间中会有周期出现能量较小的区域从而将锶原子束缚在一个个煎饼形状的空间里。△ 光晶格钟原理图片来自NIST这种设计减少了由光和原子散射引起的晶格扭曲使样品均匀化并扩展了原子的物质波。原子的能量状态控制得非常好创下了所谓的量子相干时间37秒的纪录。而对提高精度至关重要的是叶军团队开发的新成像方法。这种方法能提供整个样本的频率分布的微观图。这样他们就可以比较一个原子团的两个区域而不是使用两个独立原子钟的传统方法。将锶原子冷却后然后再用一束激光来激发它将它的外层电子激发到更高的轨道上。由于只有极小范围的激光频率可以激发电子因此只要调节激光到恰好激发的频率并测量就可以极其精确地测量时间。△ 激光激发锶原子测量频率图片来自NIST由于一毫米范围内的红移很小大约只有0.0000000000000000001别数了总共19个0为了能提高精度研究团队用大约30分钟的平均数据解决此问题。经过90小时的数据分析他们的测量结果是9.8(2.3)×10-20mm-1在误差范围内与广义相对论符合得很好。连接量子力学和广义相对论本项研究的通讯作者叶军表示此次突破可以把时钟的精确度提升50倍。这有望提高GPS的精确度。由于引力红移必须对GPS的原子钟做时间修正时间修正越准确也就意味着定位的精度可以越高。而这对于物理学更是具有重大意义。最让人兴奋的是我们现在可以将量子力学和引力联系在一起了叶军表示精确的原子钟将开启在弯曲时空中探索量子力学的可能比如分布在弯曲时空中不同位置的粒子是处于怎样的复杂物理状态。而且如果能够将目前的测量效果再提升10倍研究团队就能看到穿过时空曲率时原子的整个物质波。也就意味着可以开始探索量子尺度下的引力效应。加拿大滑铁卢大学理论物理学家Flaminia Giacomini也表示原子钟是探索这一问题最有希望的系统之一。叶军表示也许正是这种微小的频率差打破了量子相干性才让宏观时间变得经典。此外原子钟还可以被应用在显微镜上来观察量子力学和引力之间的微妙联系。同时也能被应用在天文望远镜上来更加精确地观测宇宙。事实上叶军教授也正在用原子钟寻找神秘的暗物质。甚至在大地测量学上原子钟也能帮助研究人员更进一步精确测量地球、改进模型。通讯作者叶军最后我们再来了解一下本项研究的通讯作者——叶军。叶军是美国科罗拉多大学物理系教授、美国国家标准与技术研究院NIST和科罗拉多大学联合建立的实验天体物理实验室JILA研究院。叶军本科毕业于上海交通大学应用物理系博士毕业于科罗拉多大学师从诺贝尔物理学奖得主约翰·霍尔。自1999年开始叶军在科罗拉多大学博尔德分校任教在2008年霍尔退休后接手了实验室的管理工作。2011年叶军当选为美国国家科学院院士2017年当选为中国科学院外籍院士2020年获得“墨子量子奖”2021年获得科学突破奖基础物理学奖。其主要研究领域为超冷原子-分子、精密测量、多体量子物理等。2007年叶军及研究团队做出了世界上首台“每7000万年仅误差1秒”的锶原子光钟。之后他在这一领域不断刷新纪录。2017年其团队设计的新型原子钟将锶原子装入微小的三维立方体中密度较以前一维原子钟设计中锶原子的密度高出近1000倍进一步提升原子钟测量精度。2020年叶军团队曾在3天内连发Nature、Science论文。发表在Nature上的《Dipolar evaporation of reactive molecules to below the Fermi temperature》中其团队首次实现量子简并气体。另一篇发表在Science的论文《Resonant collisional shielding of reactive molecules using electric fields》则用量子力学理论解释了分子间的碰撞。论文地址https://www.nature.com/articles/s41586-021-04349-7参考链接[1]https://www.nature.com/articles/d41586-022-00379-x[2]https://www.sciencedaily.com/releases/2022/02/220216112213.htm[3]https://www.quantamagazine.org/an-atomic-clock-promises-link-between-quantum-world-and-gravity-20211025/[4]https://www.nist.gov/news-events/news/2022/02/jila-atomic-clocks-measure-einsteins-general-relativity-millimeter-scale[5]https://news.berkeley.edu/2010/02/17/gravitational_redshift/未来智能实验室的主要工作包括建立AI智能系统智商评测体系开展世界人工智能智商评测开展互联网城市大脑研究计划构建互联网城市大脑技术和企业图谱为提升企业行业与城市的智能水平服务。每日推荐范围未来科技发展趋势的学习型文章。目前线上平台已收藏上千篇精华前沿科技文章和报告。 如果您对实验室的研究感兴趣欢迎加入未来智能实验室线上平台。扫描以下二维码或点击本文左下角“阅读原文”
