物理学家以前所未有的精度验证了阿尔伯特·爱因斯坦狭义相对论的一个关键预测。德国粒子加速器实验证实，对于移动的时钟而言，时间比静止的时钟流逝得更慢。
这项工作是对爱因斯坦预测的“时间膨胀”效应迄今为止最严格的测试。这种效应的后果之一是，乘坐高速火箭旅行的人会比地球上的人衰老得更慢。
很少有科学家怀疑爱因斯坦是正确的。但描述时间膨胀效应的数学是“所有物理理论的基础”，德国加兴马克斯·普朗克量子光学研究所的物理学家托马斯·乌德姆说，他没有参与这项研究。“以尽可能高的精度验证它是至关重要的。”
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该论文于 9 月 16 日发表在 Physical Review Letters。它是包括诺贝尔奖获得者、马克斯·普朗克光学研究所所长特奥多尔·亨施在内的国际合作小组 15 年工作的结晶。
为了测试时间膨胀效应，物理学家需要比较两个时钟——一个静止的时钟和一个移动的时钟。为此，研究人员使用了实验存储环，高速粒子在德国达姆施塔特 GSI 亥姆霍兹重离子研究中心被存储和研究。
科学家通过将锂离子加速到光速的三分之一来制造移动的时钟。然后，他们测量了锂内部的一组跃迁，因为电子在不同的能级之间跃迁。跃迁的频率充当了时钟的“滴答”。不移动的锂离子内部的跃迁充当了静止的时钟。
研究人员测得的时间膨胀效应比以往任何研究都更精确，包括同一研究小组 2007 年发表的一项研究。“这比我们以前的结果好将近五倍，比其他人用来测量相对论时间膨胀的任何其他方法好 50 到 100 倍，”加拿大温尼伯马尼托巴大学的物理学家、共同作者杰拉尔德·格温纳说。
他指出，理解时间膨胀也具有实际意义。全球定位系统 (GPS) 卫星本质上是在轨道上的时钟，GPS 软件在分析导航信息时必须考虑微小的时间偏移。欧洲航天局计划在 2016 年向国际空间站发射其空间原子钟组合 (ACES) 实验时，在太空测试时间膨胀。
加州州立理工大学圣路易斯奥比斯波分校的物理学家马修·梅韦斯说，快速移动的离子速度意味着加速器实验可以比地球轨道实验更精确地测试时间膨胀，他不是该团队的成员。“重要的是尽可能地寻找机会，并尽可能地推动技术进步，”他说。
但该研究小组正在解散其长期合作关系，因为没有更大的加速器可供他们进行更强大的测试。“这需要在地下室、有噪声设备的屏蔽室里花费大量时间，最终你得到一个数字，”格温纳说。“我们一直在交换一堆怀旧的电子邮件。”
本文经许可转载，于 2014 年 9 月 19 日首次发表。