标题: 科学证明，生活在高楼上衰老得更快 [打印本页]

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作者: kobe    时间: 2010-9-27 17:10     标题: 科学证明，生活在高楼上衰老得更快

科学家们几十年前就知道，高海拔地区的时间流逝得会快一些。这是爱因斯坦的相对论的一个有趣推论，之前这一点已经通过对比在地球表面和高空火箭上的钟得到了证实。

现在，美国国家标准局（NIST）的科学家做的实验中，这个高度差被缩小到了33厘米，大约1英尺。也就是说，研究人员证明在楼梯上多上几个台阶后，你就老得更快了。

研究发表在9月24日的《科学》杂志上，这其中高度差所造成的时间差异太小了，人们无法直接察觉到：在大约人一生的79年的时间里会造成约900亿分之一秒的差别。但是这一研究可能能在地球物理学和其它领域产生实际应用。

美国国家标准局的科学家们还观测到相对论的另一个表现，即运动越快时间流逝得越慢。在他们的实验里，这个速度是每小时20英里（约33公里），跟汽车速度差不多。这个速度更接近人们的生活，而之前的试验中使用的都是喷气飞机。

美国国家标准局的科学家们做的这个“时间膨胀”新实验，使用的是一对世界最好的实验用原子钟，计时基于单个的铝离子（带电原子）每秒在两个能级间千万亿次的振动。一只钟的精度是37亿年误差不超过1秒，另一只钟的精度也相差不远。2只钟被放置在美国国家标准局不同的实验室里，用一根75米长的光纤相连。

美国国家标准局的这种钟也被称为“量子逻辑钟”，因为其设计借助了实验量子计算中逻辑决策技术的理念。这种钟足够精确和稳定，能揭示之前不能被察觉的差异。工作时，会用频率高于微波频率的可见光波段的激光照射铝离子（在现在的标准铯原子钟里，使用的是微波频率）。光学（原子）钟有一天可能能让标准时间比现在的标准（原子）钟的精确度提高100倍。

论文第一作者、美国国家标准局的博士后James Chin-Wen Chou表示，由于有极高的精度和高“Q因子”（Q因子是一个指标，用于反映离子在从一个能级变换到另一个能级时，吸收和保留光能量的可靠性），铝原子钟可以探测到微小的相对论效应。
Chou表示，“我们已经观察到了原子物理中最高的Q因子，你可以把这想象成，音叉在失去存储在共振结构中的能量之前能振动多久。我们能让离子与激光频率在大约400万亿个周期中同步振动”。

美国国家标准局的这个实验，关注于两个爱因斯坦相对论的推论。第一个，当2个钟由于所处海拔不同，受到不一样的引力影响时，海拔高的那个钟，由 于所受引力相对较小，将会走得更快。第二个，当观测者移动时，静止的钟每一次滴答地走时似乎要花更长的时间，即走得似乎更慢一些。科学家将这称为“双生子佯缪”，即一对双胞胎中乘坐快速运动飞船的那个人回到家中时，会比另一个年轻。这其中的关键因素是飞船往返旅程中的加速度（飞船加速然后减速）。

美国国家标准局的科学家对2个钟中的1个做了特殊的改变，然后测量造成的原子钟走动速率（频率）差异，来观察这种相对论效应。
在一个实验中，科学家通过增高一个光学平台的高度提升了一个原子钟，让其比另一个钟高度高了1/3米（大约1英尺）。果然，就像理论预测的那样，海拔高的钟比低一些的钟运转得要快一点点。

第二个实验中，一个钟里的离子的运动状态被改变了，然后观察造成的影响(在一般的原子钟里，离子几乎是完全不动的)。科学家们让 一个离子以相当于每秒几米的速度前后回旋。正如相对论理论所预言的一样，这个钟比另一个未作改动的钟运转得稍微慢了一点。运动中的离子，就正像双生子佯谬中那个往返旅行的双胞胎之一一样。

美国国家标准局铝原子钟小组负责人、物理学家 Till Rosenband表示，如此超精确的对比，最终可能会通过地球物理和水文学方面的应用，对测地学起到帮助（测地学是测量地球和其引力场的科学）。并且也有可能对基于太空的对基础物理理论的验证起到帮助。
美国国家标准局科学家希望继续通过离子势阱形状上的改变，能更好地控制离子运动和环境影响，使得铝原子钟的精度能提高约10倍目标是把造成时间差异的高度差精度变为1厘米左右，这 样的精度就可以用作测地学测量了。论文认为，这种原子钟可以互联形成一个“内陆测潮仪”网络，用来测量从地表到所谓大地水准面 （与全球平均海平面对应的地球引力场表面）的距离。这样的一个网络可以比现有技术更频繁地进行升级。
这项研究部分由美国海军研究办公室资助。

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