“时间魔盒”原子钟

进入21世纪，科学家不但在原子钟的准确性方面继续努力，还在原子钟的微型化和节能化方面狠下功夫，使得新一代原子钟实现了芯片级的跃升，所需能量也大大降低，从而在稳定性和精密性方面再一次得到了极大的优化，并进入到了商业化推广阶段。

当前，原子钟在工作物质方面也开始多样化，不再限于铯元素，也包括铅、氢、铷、锶、镱元素等。工作模式则分为光学原子钟和量子原子钟等多种不同的模式。原子钟甚至已经突破了单纯原子的界限，开始朝着原子核和单个离子特性测量的方向发展。从这个意义上讲，称之为原子钟似乎已不能完全涵盖其内涵，也许称为“粒子钟”更加贴切。特别重要的进展还在于，如今的原子钟已不仅限于作为一种精确的计时装置得到应用，还成为科学家研究宇宙天体乃至地形地貌等更广泛科学领域的新型探测工具。

前面提到牛顿的绝对时间，实际上根据相对论理论，我们已经知道时间并非绝对均匀的流逝过程，在不同的引力条件下时间流逝是有一定差异的，或者换言之，物质的时空运动状况呈现出不同的特性。反映到原子钟的运行上，其时间快慢也由于引力场的作用而有所差异。但一般原子计时装置可能无法觉察到这种微小差异，只有超精密的原子钟才有可能探测到这个差异。基于这个思路，在目前更新一代原子钟技术的基础上，科学家开始通过探测其时间差异来研究不同宇宙天体的变化所引起的引力波现象。据英国《自然》杂志的报道，科学家也在利用便携式微型精密原子钟来测量山脉的高度，其原理也是基于山峰和谷底引力变化所导致的时间差异。

可以预见，随着原子钟技术的不断发展，一方面其为更广阔的科学技术领域，例如宇宙天体、人造卫星、地形地貌、半导体芯片等的研究应用创造新的机会，另一方面也将普及到更广泛的生产和生活领域，为人们的日常生活带来更多的便利。

（作者系中国科学院大学人文学院教授）