原子钟效应  

‍‍本段源自《波动学通论》第五章 狭义相对论

    60年代原子钟问世后,美国将一些原子钟留在地面,把其中一台放到飞机上绕地球飞行,然后再拿回来与地面上的钟比较.实验发现:飞机上的钟慢了10的负7次方秒.

大家可能对原子钟的工作原理还不是很清楚,下面以铯原子钟为例介绍原子钟的工作过程。

原子钟内部结构铯原子钟又被人们形象的称作"喷泉钟",因为铯原子钟的工作过程是铯原子象喷泉一样的"升降"。图中详细的描绘了铯原子钟工作的整个过程。这个过程可以分割为四个阶段:

    第一阶段

由铯原子组成的气体,被引入到时钟的真空室中,用6束相互垂直的红外线激光(黄线)照射铯原子气,使之相互靠近而呈球状,同时激光减慢了原子的运动速度并将其冷却到接近绝对零度。

    第二阶段

两束垂直的激光轻轻地将这个铯原子气球向上举起,形成"喷泉"式的运动,然后关闭所有的激光器。这个很小的推力将使铯原子气球向上举起约1m高,穿过一个充满微波的微波腔,这时铯原子从微波中吸收了足够能量。

    第三阶段

铯原子钟工作过程在地心引力的作用下,铯原子气球开始向下落,再次穿过微波腔,并将所吸收的能量全部释放出来。当在微波腔中发生状态改变的铯原子与激光束再次发生作用时就会放射出光能。

    第四阶段

在微波腔的出口处,另一束激光射向铯原子气,探测器将对辐射出的荧光的强度进行测量。

    上述过程将多次重复进行,而每一次微波腔中的频率都不相同。由此可以得到一个确定频率的微波,使大部分铯原子的能量状态发生相应改变。

现在我们知道了,原来原子钟的正常工作还要依靠地心引力的作用。而地球表面各处的地心引力本来就不大一样,况且一个在天上一个在地上,相差就更大了。换一个角度想,原子钟的这个实验用来测量地心引力的微弱变化会更适合一些。

一百多年来,又何止就只有上面区区几个实验扬言说验证了狭义相对论的正确,其他的实验就不多说了,总之,曾验证过狭义相对论正确的实验,都没有很好地验证,因为狭义相对论本身就是错误的,上面已经初步地证实了这一点。