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科技前沿|时间膨胀是真实存在的：你的头比脚老得更快( 二 )


这意味着，和大多数物理预测一样，我们可以找到某种方法来检验引力红移 。
假设我们可以诱导一个量子跃迁，要么是电子的能级转移，要么是被激发的原子核重新配置，从而释放出一个高能光子 。
如果附近有一个相似的原子（或原子核），那它应该就能够吸收这个光子，因为导致光子发射的物理学机制也会导致相反的过程：光子的吸收 。
然而，如果你把光子移到更长的波长或更短的波长上，你都不能使它被吸收了 。量子宇宙的定律是非常严格的，如果一个光子所携带的能量稍微多一点或少一点，它都无法导致适当的激发态 。
科技前沿|时间膨胀是真实存在的：你的头比脚老得更快
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庞德-雷布卡实验的装置示意图
1959年，罗伯特·庞德和格伦·雷布卡进行了一个引人注目的实验，被后世称为庞德-雷布卡实验 。
该实验展示了引力红移的存在，并试图对其进行量化，证明你头上的时间确实过得你脚上的时间快 。
实验人员在一个垂直的高塔内设置了一个光子发射源，然后将处于较低能态的相同物质放在塔的另一端 。
如果没有引力红移——即时间对二者都是一样的——那么高塔另一端的物质应该会接收到从这一端发射出来的光子 。
当然，这些物质并没有接收到光子，因为这些光子的能量发生了变化，进而导致波长改变 。
科技前沿|时间膨胀是真实存在的：你的头比脚老得更快
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庞德和雷布卡所做的，就是建立一个振荡器（基本上相当于一个扬声器的内部），使其能够在塔的一端“增强”光子发射的材料 。
他们推断，如果能将其增强到合适的程度，就可以微调这种诱导的多普勒效应，从而完全抵消引力的红移 。换言之，振荡器会随着时间的推移，通过增加额外的运动（以及额外的时间膨胀）来补偿引力所导致的效应 。
于是，当达到合适的频率时，（铁）原子突然间就开始吸收从高塔另一端发出的光子 。最初的实验证实了广义相对论的预测，随后庞德和斯奈德在20世纪60年代对其进行了改进 。
最终的结论是：每增加1米的高度，就需要对大约33纳米/秒的多普勒频移进行补偿 。这就相当于在地球表面较低的地方，你需要以一定的速度运动，才能使时间流逝的速度与你在高处时相同 。
换句话说，在地球重力场中，如果低处的东西没有额外的速度提升——即没有额外的时间膨胀——那么时间会在更高处流逝得更快 。更直白地说，你的头会比你的脚衰老得更快 。
当然，相比最初的那些实验，我们现在的测量手段要好得多，比如可以直接使用原子钟技术来测量时间的流逝 。
许多世纪以来，人类定义时间的方式已经发生了多次演变；过去，我们依赖于地球绕地轴旋转或围绕太阳旋转的运动来定义时间，现在，我们可以通过铯-133原子来定义1秒钟有多久 。
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在铯-133原子中，原子基态的两个超精细结构能级间会发生非常精确的跃迁，发射一个特定波长的光子 。这个波动的9192631770个周期，就是现代国际单位制中对1秒的定义 。
根据广义相对论，如果把一个原子钟——无论是基于铯、汞、铝或任何其他元素——移动到不同的海拔高度时，它就会以不同的速度运行：在海拔较高的地区（弱引力场）走得更快，在海拔较低的地区（强引力场）走得更慢 。
原子钟实验已经以惊人的精度验证了这一点，科学家检测到的预测高度差异变化最小可到0.33米 。在地球的重力场相对较弱的情况下，这是一项了不起的成就，表明了原子钟计时的准确性 。
然而，如果我们把原子钟带到一个更极端的环境中，时间膨胀的效应就会变得非常可观 。宇宙中没有比黑洞更极端的引力环境了 。
如果接近黑洞的事件视界，时间对你来说会过得非常慢，你所感受到的1秒钟，对相距遥远的人而言可能已经过了几百年、几千年甚至是亿万年 。
或许这已经足以让人担心了 。即使我们能够建造虫洞，剧烈的空间扭曲可能也会导致宇宙中整个有意义的部分——包含了恒星、星系以及各种有趣的化学反应——在我们经过其中时无暇顾及 。


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