時間膨脹

時間膨脹

時間膨脹是說時間並不是永遠以人們感受到的現在的這種速度進行的,它也會發生變化。它一般是和速度有關的。速度越快,越接近于極限速度,時間就會越慢(這裏有個名詞:極限速度,人們所處宇宙的極限速度是光速,但並不是所有的宇宙其極限速度都是光速,可能更快。也可能更慢。舉個構想的例子說吧,假如有一個人一分鍾的心跳是60下,當他高速運動時,如果速度足夠大,他的心跳可能會變成40下,20下,甚至更慢.因為隨速度的增加,他的時間變慢了。他自身的新陳代謝也隨之變慢。這樣,相對于他的時間就發生了膨脹。

  • 中文名稱
    時間膨脹
  • 外文名稱
    time dilatation
  • 時間膨脹
    關于時間膨脹的訊息,資料

​基本介紹

時間膨脹是說時間並不是永遠以人們感受到的現在的這種速度進行的,它也會發生變化。它一般是和速度有關的。速度越快,越接近于極限速度,時間就會越慢(這裏有個名詞:極限速度,人們所處宇宙的極限速度是光速,但並不是所有的宇宙其極限速度都是光速,可能更快。也可能更慢。舉個構想的例子說吧,假如有一個人一分鍾的心跳是60下,當他高速運動時,如果速度足夠大,他的心跳可能會變成40下,20下,甚至更慢.因為隨速度的增加,他的時間變慢了。他自身的新陳代謝也隨之變慢。這樣,相對于他的時間就發生了膨脹。

​歷史起源

時間膨脹論的起源

時間膨脹時間膨脹

人們通常會認為,光波的速度因與人們運動的方向相同或相反或取各種中間角度而有所不同。令人驚奇的是,愛因斯坦卻認為事實上不會是這樣。20世紀初,愛因斯坦就認識到,人們的時空觀並不完善。他是通過分析電和磁相結合產生電磁輻射(例如光輻射)特徵的規律得出這個結論的。他認為,如果光在一切測量中具有協調一致的特徵的話,在物理學中光速必定扮演著主要角色。特別是,真空中的光速必須不變,無論光源和觀察者做什麽樣的相對運動,真空光速總是每秒三十萬千米。

世界上所有物質的運動速度都不能超過極限速度,即光速。一旦有任何物體進行加速度運動,當該物體接近光速時,為了不讓該物體繼續加速度而達到光速,時間將會變慢從而維持該物體的運動速度不超過光速(實際速度越快,時間越慢)

​對立說法

牛頓與愛因斯坦的對立

時間膨脹時間膨脹

17世紀,牛頓曾提出過一個相對性的經典說法。當時他主張,作為參照基準的參考架構,無論做什麽樣的勻速直線運動,都不會對實驗(包括物理的運動)產生影響。愛因斯坦認為這種說法與他的電磁學理論格格不入,當他嘗試搞清楚以光速運動的觀察者所看到的光波將會是什麽樣時,他遇到了糾纏不清的情景。于是他清醒地認識到,為了在物理學領域取得協調一致的答案,就不能把空間隻是看成供我們生活居住的容器。它還必須具有某些特徵,例如人們以高速運動時,時間尺度將會改變,同時,空間尺度也會改變。在這個意義上,空間和時間是纏繞在一起的,空間和時間原是同一件事物不同的相對表現形式。牛頓的絕對時空就是哲學或人們通常意義上所感受的時空,即在每一刻,都對應整個宇宙的某一態。從牛頓的絕對時空看來,這星光傳播過程中,時間就一直在變大,在膨脹。現今世界上最具權威美國《科學》雜志,最近一期一篇文章明確指出,宇宙膨脹不是光的多普勒效應,是時空本身的膨脹,而實際天文觀測證實的,包擴哈勃紅移在內,都是時間膨脹的結果,其它都是圍繞時間的膨脹展開的理論分析和推測。分析時間的膨脹,就涉及時空本質的理解,就物理學而言,我們就有兩種時空:牛頓的和愛因斯坦的。

時間膨脹時間膨脹

牛頓的時空稱絕對時空,表面看起來。它的時間和空間是毫不相關的,實際上。從它的引力所具有的無限大速度的假設,可以知道,牛頓的絕對時空就是哲學或人們通常意義上所感受的時空,即在每一刻,都對應整個宇宙的某一態。從宇宙的各向同性和平滑性,知這一刻對一態雖然在觀測上不可行,但理論和人們思維上卻是可行的。空間的三維始終應對時間的一維,這是用思維觀時空,是橫向看時空,空間的三維和時間的一維一一對應,我稱之為三一時空。三一時空的同時性並不是沒有物理實質,如產生了量子糾纏的量子所具有的同時性。愛因斯坦的時空稱相對時空,它以觀察者為核心,強調可觀察,是用眼睛看時空,以光速為極限,將過去和現在聯系在一起,是縱向看時空,時間和空間纏繞在一起,人稱四維時空。愛因斯坦曾有過一個構想,當一個人以光速運動時,一道光在人眼前穿過,這個人所看到的光應為彎曲的。

時間膨脹時間膨脹

時間的膨脹是觀察者觀察的結果,是四維時空的產物,時間倚觀察者而變,觀察者的時間代表著真實的唯一存在,是四維時空模型中時間的最大值;觀察者的時間代表著此刻,若設這個時間為零,其它被觀察體的時間都為負值。在觀察者本身卻無法發現時間膨脹的原因,必須橫向看時空,用牛頓的絕對時空觀,就能發現時間膨脹的原因。例子:假設一星體離地球60億光年,星像分離的一刻,宇宙的態對應時間為T,10億年過去,這星體的像走了10億光年,宇宙的態對應時間為T+10;再10億年過去,這星體的像又走了10億光年,宇宙的態對應時間為T+20;最後,經過T+30,T+40,T+50,到達地球時,宇宙的態對應的時間為T+60億年。從牛頓的絕對時空看來,這星光傳播過程中,時間就一直在變大,在膨脹。從橫向思考時空,就會發現一個星體的像離開實體一刻起,在傳播過程中,時間就一直在膨脹,直到被觀察者接收為止。由于星體和觀察者之間的時間膨脹是一定的,人們收到的星光的紅移值就是一定的。這時間膨脹現在被解釋為空間的膨脹,即這星光經過的路程被延長,延長的原因是過去比較熱,空間熱膨脹,道理上應能說得過去,但事實是現在空間已經這麽冷了,人們卻發現時間膨脹在加速,時間膨脹解釋為空間膨脹就說不過去了。 空間性質的改變也能造成時間的延長,比如光不從空氣中而從水中傳播,接收者就會發現時間延長了。由熱力學第二定律看,時間是不可逆的,空間盡管是真空,隨時間的性質變化也是不可逆的。真空性質能有什麽變化?真空的電場磁場引力場總在,電向磁的變化,引力的變化都是不可逆的。宇宙的星系一直都在不斷變化中,空間的性質也在不斷變化中。就地球而言,地球在誕生時空間還沒有大氣,也不是一個藍色星球;現在地球的溫室效應,地球膨脹引起的空間的膨脹,都會產生空間性質的變化,同樣會產生時間膨脹效應。空間本身由電向磁的轉換,即由紅向藍的轉變,就當然地造成紅移,時間的膨脹。也許這一切分析都是多餘的,時間的膨脹就是時間的膨脹,從被觀察物體到觀察者,橫向看時空,就有時間膨脹發生;太陽光到地球就有紅移發生,不能也不要把時間變換成人們能理解的空間的什麽東西,這樣會犯錯誤的。道可道,非常道;時間是我們永遠猜不完的謎。

套用方法

時間膨脹時間膨脹

時間膨脹是相對論效應的一個特別引人註意的例證,它是首先在宇宙射線中觀測到的。人們註意到,在相對論中,空間和時間的尺度隨著觀察者速度的改變而改變。例如,假定人們測量正向著人們運動的一隻時鍾所表明的時間,人們就會發現它要比另一隻同人們相對靜止的正常走時的時鍾走得慢些。另一方面,假定人們也以這隻運動時鍾的速度和它一同運動,它的走時又回到十分正常。人們不會見到普通時鍾以光速向我們飛來,但是放射性衰變就像時鍾,這是因為放射性物質包含著一個完全確定的時間尺規,也就是它的半衰期。當人們對向大家飛來的宇宙射線M作測量時,發現它的半衰期要比在實驗室中測出的22微秒長很多。在這個意義上,從人們觀察者的觀點來看,M內部的時鍾確實是走得慢些。時間進程拉長了,就是說時間膨脹了。人們完全清楚,在平常的生活中看不出空間和時間有這種畸變。這是因為人們不涉及已接近光速運動的事物。 事實上,相對論現象的特徵由物體速度與光速平方之比這樣一個比率來決定。當所研究的物體的運動速度超過光速的十分之一時,這個比率才變得重要,因為此時該比率增大到百分之一以上。這樣的高速領域幾乎隻局限在高能物理學家們的經驗中。由于人們通常不會涉及這樣高的速度,所以狹義相對論的許多結論都使我們感到驚奇。實際上,這些結論確實有些復雜,但早已證實了狹義相對論的完美,並且在處理低速運動時又幾乎嚴格地與人們所熟悉的物理規律一致。時間膨脹對于未來的宇宙探索,旅行等都有巨大的作用,而它也不斷出現在科幻小說家的筆下,並有了許多優秀的作品。

​相關試驗

時間膨脹時間膨脹

1、實驗原理使用傳統所用的擺鍾,要比較“動鍾”和“靜鍾”的快慢,不可回避地存在一個“二次相遇”的難題;但是對于原子鍾而言,這個問題已經不復存在。愛因斯坦在1952年為<狹義與廣義相對論淺說>英譯本第15版增加的“附錄”中寫道:“我們可以將發出光譜線的一個原子當作一個鍾”(2-P106),實際上原子鍾僅指原子本身而已,跟那結構相當復雜的“鍾體”並沒有關系。這樣一來,我們就有了在實驗室內完全靜止的條件下比較兩台“原子鍾”快慢的前提。隻需要知道兩台原子鍾工作時的溫度差異,就可以定性地獲悉兩台鍾銫原子噴射速度的大小;如果知道兩台鍾銫原子噴射的具體速度,就不難定量地測出△ν和△V之間的對應關系。依據兩個展開式可知:如果△ν∝△V,用(1)式解釋是正確的;反之用(2)式解釋是正確的。2、實驗條件選取兩台頻率一致性和長期穩定性均在10-13量級以上的銫鍾,條件是己知兩台鍾工作時的溫度、最好是銫束噴射速度存在較大差異。隻需要將兩台鍾和比相儀或時間間隔器相聯結,經過一定的時間間隔就可以依據記錄曲線判定哪種解釋是正確的。3、預期結果實驗結果可以證明:狹義相對論揭示出的橫向多普勒頻移,應該是頻率增大、即向光譜的藍端移動;正確的解釋應該是“時間收縮”,或曰“運動時鍾變快”。

時間膨脹

自然效應

時間膨脹時間膨脹

時間膨脹(變慢)效應是狹義相對論的基本組成部分之一,講的是在兩個相對作等速運動的坐標系內,存在著時間相互膨脹的現象。狹義相對論問世以來,為了驗證這個理論的正確性,很多的物理學家從不同的角度進行過各種實驗,雖然實驗方法不相同,但按其性質大致可分為以下幾類: (1)多普勒頻率移動效應例如IvesStilwell所作的氫離子極隧射線實驗[1]、Olin等人[2]利用運動原子核發射射線的實驗。Pound和Rebka利用穆斯堡爾效應所作的實驗[3、4][5]、Champeney和Moon[6]Kündig[7]以及其它一些工作[8、9]等都證實了橫向多普勒效應的存在。而這種橫向多普勒效應則被認為是時間膨脹的結果。(2)原子鍾飛行實驗[10]原子鍾環繞地球飛行時,向東飛行的原子鍾發現地面上的原子鍾走得慢一些,而向西飛行的原子鍾則比地面上的鍾要快一些。實驗者認為,這是因為向東飛行的原子鍾的實際運動速度,大于向西飛行的原子鍾的運動速度。實驗結果被宣稱為狹義相對論時間膨脹理論的證明。(3)運動介子壽命延長現象π介子和μ介子以接近光速運動時,壽命顯著大于“靜止”介子的壽命。這種實驗結果也被看作為時間膨脹效應的證明[11、12、13]。作者認為以上三類實驗隻能看成時間效應的間接證明,並非時間效應的直接證明。

因為:a.橫向多普勒效應的產生雖然有可能是因為時間膨脹所引起的,但也有可能是其它物理原因所引起的,和相對論的符合也許隻是一種合,作為相對論的實驗依據是不充分的。b.飛行原子鍾也存在著同樣的問題,因為時鍾變慢不等于時間變慢。時鍾變慢可能是時間變慢引起的,也可能是其它物理原因引起的,如果飛船上放置的不是原子鍾,而是伽利略式的擺鍾,由于高空重力加速度小于地面的重力加速度,擺鍾的周期也將加大,這種現象是否也可以說成是時間變慢的效應。c.關于介子壽命延長一類的實驗,同樣存在著不少疑問。首先要問進入鉛版的介子是立即轉變為靜止介子,還是需要一個減速的過程?速度較高的粒子其減速時間和速度較低粒子的減速時間是否相同?還要進一步問一下,節子蛻變為其它粒子時是達到靜止狀態以後才發生的還是減速到一定能閥後但尚未達到靜止狀態以前就發生?換句話說“靜止”介子是否存在就是一個值得探討的問題。也許運動的介子其壽命本來可以是很長的,由于和其它物質相互作用,使其速度減小,當達到某一能閥時產生蛻變。所以這類實驗也不能充分證明相對論的時間變慢效應。d.如果說上述各項實驗的確證實了時間變慢效應,也隻是證明了某一特定的坐標系記憶體在這種效應,而相對論的時間膨脹效應是在兩個坐標系內相互發生的。

時間膨脹時間膨脹

迄今為止尚無一個實驗能作為這種相互效應的證明。這也就是所謂雙生子佯謬的問題。相對論者認為這個問題已經從理論上得到解決,其理由是:飛船離開地球時有加速度,回到地球有減速度。在這兩段期間飛船是非慣性系。由于加速和減速,飛船上的雙生子乙將變得比飛船上的甲年輕。作者認為這個解釋和相對論的基本出發點是矛盾的。相對論認為一切運動都是相對的,則兩個坐標系既可以相對作等速運動,也可以相對作非等速運動。等速運動是相對的,加速運動也是相對的。從地球坐標系來看,飛船是非慣性系,但從飛船坐標系來看,則地球是非慣性系。如果說加速度能使飛船上的雙生子乙變得年輕,加速度也能使地球上的雙生子甲變得年輕。但這是不可思議的事,因此雙生子佯謬並沒有真正在理論上得到解釋。飛行原子鍾實驗結果發表後,有人認為可以作為上述理論的驗證。作者不同意這種牽強附會的看法。因為飛船上的原子鍾和地面上的原子鍾的差異所能肯定的不是一種時間相互膨脹的效應,而是肯定了時間不存在相互膨脹的性質。此外,從地面上的觀測者來看,向東飛行的非飛船和向西飛行的飛船並沒有什麽兩樣,因為兩者相對于地面上的運動速度是相同的。所謂向東飛行飛船的速度大于向西飛行飛船的速度不是相對觀測者而言的,而是相對地軸坐標系而言的。因此飛行原子鍾所能肯定的並不是相對論所講的發生于兩個觀測者之間的相互效應,而是肯定了這種效應隻能發生在。 某一特定的(脫離觀測者的)坐標系中,是一種絕對效應。正如前面已經指出的,飛行原子鍾變慢的效應並不等于時間變慢,這是再次強調的問題。我們還可以構想,如果實驗結果是飛行原子鍾與地面原子鍾走得一樣快,相對論又會說這是因為向東和向西飛行的原子鍾與觀測者的相對速度一樣。也就是說不論任何情況發生,均可以說相對論得到驗證,豈能令人置信。作者在上章中指出,橫向多普勒效應應該是時間膨脹和空間收縮(如果相對論是正確的話)的綜合反映。而已知實驗最多隻是反映了時間膨脹的效應,根本沒有考慮到空間收縮可能產生的後果。應該指出,時間變慢和空間收縮是兩個互相依存的效應,如果實驗不能反映空間收縮,就意味著不能肯定時間膨脹,最終導致相對論理論體系的否定。總之,雙生子佯謬並沒有解決,橫向多普勒效應和飛行原子鍾變慢的現象並不等于時間變慢。探索這些物理現象的真正原因是十分必要的工作。

時間膨脹時間膨脹

作者在上一章中指出,當中性原子以速度v作整體的機械運動時,外層電子的波爾半徑保持不變。外層電子在不同能級上躍遷時,所輻射的光子上附著有相應的引力量子,總質量為m=2)(式中m0是靜止原子所輻射的光子質量),光子相對原子坐標系的速度為c'=(1-)¼c-----------(1)式中c為靜止原子所輻射的光速。量子論有一個基本公式hv=mc2-------------(2)(2)式提出時,沒有考慮光子附著引力量子的因素,將這個因素加以考慮後,有兩種可能性存在,即:(2)式中的是光子本身的質量可附著的引力量子質量之和;或(2)式中的是指光子本身的質量,在吸附引力量子後,該式是近似的。作者認為後一種構想是合理的,因為決定光的振動頻率的效應應該是光子本身,與吸附的引力量子無關。這樣(2)式就可改寫為:hv=m0c2------------(3)這就是說,光的頻率是由光子本身的質量和光速的平方值所決定的。當原子以速度運動時,想歲原子坐標系的光速度為(參見上一章(2.5式)則hv'=m0(1-)c2=(1-)hv--------(4)故v'=(1-)v----------------(4)式中v'為原子以速度v運動時,輻射光子頻率。或寫成v-v/2λλ/2----------(5)現在用本文的觀點對橫向多普勒效應作出解釋:a.在套用極隧射線所作的實驗中,被電場加速的應該是沒有外層電子的氫離子(質子)。因為氫離子本身不發光,故必定存在一個與其它原子外層電子短暫結合的過程。按照作者觀點,結合前的離子作電磁運動,結合後的原子作機械運動。二階多普勒效應包括三部分:(a)按第三章(22)式1)計算的λ1λ;(b)按第四章(25)計算的縱向效應1)λ20.25λ;(c)按本章(5)計算的能量效應λ30.5λ即λ1.75λ(為相對論結果的3.5倍),和Ives實驗結果相比較,除個別資料有一些差距外,還是比較接近的。該實驗之所以被認為證實了時間膨脹效應得到證明,是因為假定光線是由氫原子團(H2,H3)發出的。 眾所周知氫元素是以原子、分子或離子的形式存在的,所謂的“原子集團”是如何形成的?如何能證明其確實存在?它們在電場中如何被加速?其運動速度又如何決定?因此這種解釋是牽強的,具有拼湊的性質。它既不能證明Ives所希望證明的以太收縮效應,也不能證明相對論,而應該看成否定相對論的效應。b.套用穆斯堡爾實驗所作的實驗中,光源與接受體的運動均屬機械性質,古可用本章(5)式來解釋。c.套用原子核反映中的γ射線發射所作的實驗中,雖然離子束具有電磁速度,但它的產物Ne20的反沖速度則已轉化為機械性質。即由電磁能轉化為機械能。故仍可用(5)式來解釋。因為二階多普勒效應既是一個小量,又是一個很多因素影響的物理現象,所以本文的觀點僅僅具有探索的性質,有待進一步的研究。前面已經講過,介子壽命延長現象不能證明時間膨脹效應。作者傾向于認為,介子有減速到一定能閥後才會發生蛻變,速度愈大的粒子所需要的減速時間也愈長,這就是高速粒子與相對低速的粒子相比,生存時間較長的緣故。雖然從某些實驗結果來看[12,13],似乎時間變慢的效應已經得到了定量的證明。不過,這些實驗所測到的τ0未必真正是介子的靜止壽命;因為進入鉛版的介子是否回瞬刻之間即減速到零?介子蛻變時是否處于靜止狀態?和鉛原子的相互作用是否是加快介子蛻變的原因?等等都是有待進一步探討的問題。

膨脹結果

時間膨脹時間膨脹

對于時間原並沒有來爭論的,這是由于愛氏的相對論導出時間膨脹的假說,這就造成的後人的爭論。對于時間膨脹的假說,在相對論的當初人們就與以回擊。我們無需作幾個實驗來證即時間是否可以膨脹,實際上這個實驗是無需做的,因為,相對論自身就相矛盾。這主要表現在:相對論是建立在相對性原理的基礎上的。它並沒有對相對性原理提出抗告。首先可以肯定地講,在相對論的理論中,運動也是相對的,不存在絕對運動。它還是利用牛頓力學的慣性系的定義。無論現在相對論的支持者能提供多少個實驗來證即時間的膨脹效應是與實驗吻合的。對于老百性來說,我們不關心實驗的具體資料是否與相對論所預測的符合。說以家常的方式來講一下相對論原理吧。當初反駁者就是以雙生子的問題提出來的。可是,至今也沒有一個比較圓滿的解答。雙生子的問題中最能說明相對論時間膨脹效應與相對性原理的矛盾性。這個問題中,如果能確立絕對運動,那麽雙生子的問題才可得以圓滿解決。否則,運動是相對的。無論出去的人,還是留地地球上的人皆是平權的。不存在的一絕對的慣性系或參考系。所以兩者所渡過的時間也是相同的。不同的。隻可能有視覺時間的變化。對于雙生子的問題爭論中,相對論的支持者都是以飛船有加速與減速的過程,所以與地球上的人不平權來加以敷衍塞責。誰也應明白,飛船的加速與減速是有的。不過這僅是一個過程而已,而不能代表它飛行的整個過程,它的大部分時間是相對于地球作勻速飛行的。至于說勻速飛行中它套用什麽效應正是狹義相對論中所講的。可以,狹義相對論又說明不了什麽。如果把勻速運動中的飛船算到時間膨脹效應中的話。相對論就自相矛盾了。所以相對論支持者總是回避這一點。

現代研究

時間膨脹時間膨脹

根據愛因斯坦1905年提出的狹義相對論,處于快速運動狀態的表,與構造完全相同、指針在動但表殼本身卻處于靜止狀態的表相比,快動表的指針轉動得慢,也就是時間流逝得慢,專業說法是“時間膨脹”效應。對外行人來說,這恐怕是愛因斯坦就時間和空間概念的理論革命所結出的最奇異的一朵花。一分鍾的長度和表的運動速度有關,這和我們的直覺相違,也不符合我們的日常經驗。盡管如此,時間膨脹效應確實存在。1971年飛機攜帶原子表的實驗就提供了證據。德國物理學家希望了解得更深。現在,他們測到了精度在小數點後10位的時間膨脹效應。德國馬普協會下屬的核物理研究所座落在美麗的城市海德堡附近,其核心設備是一台粒子加速器,它佔據的空間足有一個飛機庫那麽大。在那無數變壓器和真空泵的轟轟噪音下,薩特霍夫要想表達清楚並非易事。他對德國之聲記者說:“我們的實驗是從這兒開始的。這裏你看到的是法拉第籠,裏面是一個離子源。”這位物理學博士指著一個香腸形狀的桔黃色容器,大小像一輛載重卡車。容器裏,帶電的鋰原子,也就是所謂的離子,在高壓作用下加速到每秒1.9萬公裏的速度,相當于光速的6%,足夠在兩秒鍾內環繞地球一周。薩特霍夫和他的同事需要這些粒子旅行,為的是測驗愛因斯坦的理論是否正確。根據愛因斯坦1905年提出的狹義相對論,快速飛行的離子的內部時鍾應當比薩特霍夫手腕上戴的表要走得慢。 薩特霍夫介紹說:“按照愛因斯坦的理論,應當慢差不多1.002倍,也就是說慢千分之二。人們這個實驗的創新之處就在于,利用雷射譜儀把1.002這個系數精確地測到其小數點後的第10位。”鋰離子的旅行將在旁邊的大廳告終。那裏,強烈的磁場迫使它們沿著一個圓形軌道飛行。薩特霍夫說:“我們在這裏看到的是儲存環。離子是從這個出口離開加速器,進入儲存環的。你在這裏到處都可以看到四極的或兩極的強磁鐵。”所謂的儲存環是一個55米長、盤成圓環狀的鋁管,裏面是真空,離子就在管子裏急速飛行。無數的線圈、電纜等其它電氣元件幾乎完全遮擋了這個儲存環。離子在裏面每秒鍾可以轉330圈。薩特霍夫介紹說:“這些粒子本身就是鍾表,因為粒子會振動。幾乎每一個表都是以振動系統為基礎的。比如說帶鍾擺的表,就是鍾擺在振動。石英表是石英晶體在振動。原子也會振動,準確地說是原子裏的電子會振動。電子振動的頻率遠比石英高得多,所以利用電子或者說原子測量時間的精度,就遠比用石英晶體高得多。”為了讀原子表的秒針,物理學家們利用的是雷射束。他們用雷射對快速飛過的鋰粒子外層的電子雲激發一定頻率的振動。此時離子會發出熒光,這束熒光就包含著離子內部鍾表的行走時間。薩特霍夫介紹說:“我們現在是在地下室。這兒是供電器。這裏的是我們的雷射房。這個雷射房其實就是我們在地下室裏簡單搭出來的一個小空間,因為直接在儲存環旁邊放雷射設備不合適。儲存環周圍的環境條件對雷射來說很惡劣,磁場雜散,還有亂糟糟的電磁波,也就是電子煙霧,都會影響雷射發生器的穩定性。所以我們在地下室造了一個雷射房,在這兒生成雷射,然後通過光纖傳送到儲存環那裏。”在黑色的塑膠簾子後面陰暗的燈光下,有一張桌球台大小的桌子,上面擺著三台雷射發生器,還有一大堆的透鏡和反射鏡。

科研人員花費了三年的心血,設計、建造和調試這套極其精確、用于測驗愛因斯坦相對論的光學系統。薩特霍夫說:“我們在這裏可是幹了不少時間,有時甚至是通宵達旦。但在實驗項目的開始階段,方案還不明確的時候,我們可沒有得到很大樂趣。但當我們琢磨出應當怎樣下手時,情況就大有好轉。”如今,薩特霍夫及其同事已經以小數點後10位的精度,實驗證實了愛因斯坦的時間膨脹理論,遠比以往任何有關實驗精確得多。但是對科學家們來說,這個精度還是不夠好,因此,他們已經計畫在德國達姆施塔特的重離子研究協會再進行一系列的實驗。那裏的加速器功率大,可以把鋰離子的速度加速到光速的33%。根據愛因斯坦的理論推算,那時,離子內部時鍾的1秒鍾,將會比薩特霍夫手表上的1秒鍾長出60毫秒。

相關介紹

牛頓定義的時間,是與外界無關,均勻流逝的時間,是各參照系一致的公認、客觀時間,符合科學定義。(參見:公認、客觀、科學、時間)

愛因斯坦定義的時間,是參照系內的鍾,依賴光,通過真空傳遞過來的數,被觀測者看到的值,指示該參照系該處事件的時間(參見:論動體的電動力學)。這個定義,使得各參照系可以擁有不同的時間,與參照系的運動狀態有關,但這是主觀時間,不是科學時間。

大家所說的時間膨脹,是指愛因斯坦定義的時間在一些情況下會發生時間膨脹,而不是牛頓時間發生了時間膨脹。

作用 

光永遠不會消失,若超越光速,將實現穿越。

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