最精確三維量子氣體鍶鍾橫空出世，20個宇宙年齡僅誤差一秒！

很久以前戴機械錶，每天差不多要誤差30來秒，時不時就得調一下；後來戴數字電子錶，每天差不多要誤差幾秒鐘，個把月也得調一下；後來買了石英錶，感覺沒什麼誤差了，不過一年半載似乎還是要調一下。現在用手機和電腦看時間，從來不調，不過有時還是不放心，總感覺時間不對勁。其實這種感覺很對勁，電腦和手機一般會在有網路的情況下自動校準時間，有誤差是很正常的，特別是電腦，以前總發現時間不準確，現在這個問題似乎不存在了，大概是自動校準更以人為本了吧。

生活中我們的時間有這麼大誤差沒多大影響，但在科學研究上，很多時候需要非常精確的時間，比如GPS衛星系統，如果不考慮相對論時間膨脹效應，它每天累積的定位偏差會達到11公里——將完全淪為地球軌道上的太空垃圾。所以科學家們一直在研製精確的計時系統，比如銫原子鐘，利用電子轉變能級時釋放的精確微波信號計時，可以達到2000萬年不差一秒。

不過這樣的精度依然無法滿足人民群眾日益增長的科學活動要求了，來自美國國家標準和技術研究所（NIST）的科學家們提出了終極解決方案——至少在目前看來是這樣：將鍶原子量子氣體壓縮到三維光學晶格中。

此前最先進的原子鐘是把大量原子排列成一維光柵，使用可見光來運行時鐘，這樣在一定時間內會產生更多的振蕩，理論上使用的原子越多，構建的時鐘越精確。但這也帶來一個問題，那就是原子越多，它們之間的相互影響越強，抵消了精度的提高，同時來自振動原子的信號可能也會變得更模糊，量子力學效應不識時務地顯示了它強大的威力。

而在整齊排列的三維光學晶格中，每個鍶原子正好佔據一個晶格，一方面減少了原子之間相互作用對時鐘精度的影響，另一方面原子密度增大又提高了時鐘的精確度，讓鍶光晶格鍾具有同時詢問數百萬個原子的潛力，在平均1小時時間裡達到了5X10^-19的測量精度。研究人員說，以前最精確的原子鐘可達到150億年誤差1秒的精度，要等它丟失一秒鐘的時間，即使你再等一個宇宙誕生到現在的時間也等不到，而最新的三維量子氣體鍶原子鐘，則把這個精度又提高了20倍！

那麼這種超級精密的時鐘究竟有什麼用呢？研究人員說，它可以幫助科學家們揭開宇宙更多的秘密，比如對暗物質的研究，可以用超精密時鐘探測它們最細微的變化；通過測量引力對時間的影響，或許可以製造一個基於更精密時鐘的桌面型引力波探測器，不需要幾公里長的探臂，放在桌子上就可以看到數十億光年外兩個黑洞合併引發的時空的波濤洶湧了；甚至可能直接測量引力的微小變化，為廣義相對論和量子力學結合在一起誕生量子引力理論創造有利的條件。

這項研究發表在10月6日的《科學》雜誌上。

論文：http://science.sciencemag.org/content/358/6359/90

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