物理学家们想象着有一天他们能够设计出一个如此精确的时钟，它将被用来探测时空中的细微扰动，或者发现难以捉摸的暗物质，它能拉住一切但不发出光。这个时钟的滴答声将近乎完美。
这个梦想可能很快就会实现:一组研究人员已经创造出一种时钟，稍加调整，它的精确度可以是世界上最好的时钟的4到5倍。换句话说，如果今天最精确的时钟在宇宙诞生时就开始滴答作响，那么它们今天只会差半秒;通过更多的改进，这个新时钟有可能只差0.1秒。
“原子钟是迄今为止最精确的仪器人类有史以来由许多数量级,“说Vladan Vuletić,麻省理工学院物理学教授和资深作者最近的一篇论文描述了工作。现在，“我们正在进一步突破这个界限”，他补充说。
原子钟根据原子的运动而滴答作响。自20世纪60年代以来，负责记录全球时间和定义“一秒”的原子钟就以铯原子为基础;《生活科学》杂志此前报道称，这些时钟用微波轰击铯原子，当电子从较低的能级(称为基态)振动到较高的能级(激发态)时测量时间。
在过去的十年里， 198彩娱乐注册网址就在这里，官方注册才安全有198彩注册保障。欢迎联系总代理索取注册优惠相关信息。，研究人员开发出了比铯原子钟精确100倍的“光学钟”。这些时钟使用激光或可见光来激发铝或镱等元素的原子;可见光的频率比微波高，因此可以激发原子振荡的速度比微波激发铯原子的速度快10万倍。这种更快的振荡为每秒的测量增加了更多的数据点，使其更加精确。很快,将会有一个正式的“第二”重新定义使用这些更精确的光学时钟,Vuletić告诉生活科学。
的不确定性
但是，即使是这些近乎完美的光学原子钟也不能完美地测量时间，因为它们受制于量子力学的规则，这种奇怪的规则支配着亚原子粒子的动物。运行时钟的原子非常小，它们的状态无法精确地确定，所以它们是由概率来定义的。因此，一个电子不是处于激发态或基态，但它有可能同时处于多个能级。
试图测量单个原子的状态类似于抛一枚硬币,作为实际测量“势力”原子选择基态和激发态,但你永远不会找到介于两者之间,“Vuletić说。这种测量的不确定性使我们不可能知道完美的时间。当你增加时钟中的原子数(可以认为是抛硬币的次数)，并开始计算兴奋的原子数和不兴奋的原子数的平均值时，测量开始变得更加精确。
你添加的原子越多，你的测量误差或不确定度就越小——这就是所谓的“标准量子极限”。因为精度的测量尺度的平方根抛硬币的数量,把10000年比100年扔硬币更精确的10倍,例如,Vuletić说。
这就是为什么今天的光学钟通过对数千个原子的振动求平均值来测量时间。但即使是这种方法也不能摆脱标准量子极限。十年前,Vuletić和他的团队,以及大学的研究人员在塞尔维亚贝尔格莱德,如何克服这种限制有一个想法:纠缠的粒子。量子纠缠——或者阿尔伯特·爱因斯坦著名的“幽灵般的远距离作用”——是一种观点，即微小粒子的命运彼此相连，即使它们相隔很远。因此，通过对保持时间的原子进行纠缠，科学家们可能能够使每一对或每组纠缠原子处于相同的状态，从而以相似的频率振荡，从而允许时钟克服标准量子极限，更精确地测量时间。
“卷入原子让扔不那么随机,可以说,“Vuletić说。“单个原子的投掷仍然是随机的，但是所有的投掷一起比独立原子的投掷具有更少的随机性。”这就像把100枚硬币放在桌子上，50枚正面朝上，50枚反面朝上。如果你没看就拿起一枚硬币，它会是随机的正面或反面。但是一旦你捡起所有的硬币，198平台是菲律宾著名线上菠菜公司198彩开户怎么样，已经稳定成长发展达到3年多，实力不容小觑，这背后的原因必然是强大的财团以及技术人员鼎力相助造成的。，正面和反面的数目就会完全相等。“量子纠缠有点像这样，”他说。
现在，他们已经将他们的想法付诸实践。
为此,Vuletić和他的团队将350镱原子的两个镜子。然后，他们发射一束激光，在镜子之间来回反弹。当光照射到第一个原子时，原子改变了光。这束光改变了第二个原子，然后是第三个原子，然后是其他原子， 198彩娱乐注册网址就在这里，官方注册才安全有198彩注册保障。欢迎联系总代理索取注册优惠相关信息。，直到它们都纠缠在一起，开始以相似的相位振荡。然后，研究小组使用另一种激光来测量这些原子振动的平均频率。
研究人员将他们的实验设置成原子被困在两面镜子之间。激光击中原子并使它们纠缠在一起;第二束激光测量它们的振动。
研究人员将他们的实验设置成原子被困在两面镜子之间。激光击中原子并使它们纠缠在一起;第二束激光测量它们的振动。(图片来源:麻省理工学院新闻/研究人员提供)
当该团队进行两项实验时——一项有纠缠原子，另一项没有——他们发现纠缠原子能够以同样的精度测量时间，但速度要快四倍。他们还发现，当两个时钟测量的时间相同时，纠缠时钟更精确。
不过，该团队还需要做一些调整。目前使用的激光,他们不像他们希望的那样稳定,Vuletić说,钟是“不是性能水平最好的时钟不使用纠缠。”然而，通过对激光的调整，使用纠缠原子有可能使光学时钟更加精确。
在未来,团队也想表明,通过使用一个以上的原子钟,“你可以使这种优势获得量子纠缠更好,”Vuletić说。他补充说，最终，你可能会有多个在长距离使用纠缠的时钟，并显示更精确的时间。
极其精确的时钟最终可能会有比报时更广泛的应用。“时间取决于重力Vuletić说,他指的是想法,因为相对论,巨大的物体(有更高的引力)扭曲时空,时间放缓下来。
所以，如果你有两个时钟，把其中一个抬高1英尺(0.3米)，“在这两个高度上，时间实际上是不一样的。”随着这些时钟变得越来越精确，它们可能被用来探测时间的变化，从而探测宇宙中微妙的引力效应，比如被称为引力波的时空涟漪。他说，因为暗物质也会产生引力，时间的微小变化可以揭示我们周围暗物质的本质。
甚至有人推测，物理学中所谓的绝对常数，如光速或电子的电荷，可能会随着宇宙的膨胀而改变。他说，因为这些常数定义了控制原子能级的物理定律，它们也可能改变时间的测量。所以很有可能“时间的本质会随着宇宙的膨胀而改变”。
