爱因斯坦又对了？相差1毫米，时间也会发生膨胀吗？

在过去千百年里，"时间面前人人平等"的理念深入人心。一天对任何人来说都只有二十四小时，一分钟就是六十秒，一秒就是一秒。

然而随着物理学的进步，尤其是爱因斯坦相对论的出现，时间开始变得反直觉了起来——在相对论的框架里，时间的流逝速度是会发生变化的。

在电影《星际穿越》中，一艘登陆艇探索了一颗靠近黑洞的行星，那个黑洞的质量是太阳的一亿倍。机组人员只在这颗行星上停留了几分钟，但当他们返回主舰时，已经过去了整整二十三年。影片中的对白说："我等了很多年了。""是二十三年四个月零八天。"

进入更深引力场所导致的时间膨胀，这一设定其实相当准确。这一现象最早由爱因斯坦在相对论中提出，被称为"时间膨胀"。

一个非常奇特的事实是：当你处在引力更强的地方，时间会走得更慢。

时间膨胀还可以通过物体之间的相对运动产生。假设有两位观察者，他们的时钟走时速率完全一致；如果其中一位以极高的速度远离，那么这位移动中的观察者所持时钟的走时会变慢，他们所经历的时间会真真切切地流逝得更慢。

很多人对此感到困惑，以为这只是一种机械层面的现象——以为问题出在钟表上。但事实并非如此，变慢的是时间本身。无论用什么来计量都一样，可以是钟表，也可以是心跳，本质上都是时间在变慢。

这一点对于行走的人和坐在桌旁的人同样成立。行走者所经历的时间会比坐着的人慢一些。同理，就引力时间膨胀而言，处于海平面的人相比处于山顶的人，也会以更慢的速率经历时间，因为距离地球质心越近，引力就越强。

牛顿的经典力学之所以在这里显得力不从心，是因为它并未真正探究出引力的本质。历史上，牛顿理论的第一次失灵便是在解决水星近日点进动问题时——每过一百年，水星近日点的进动与万有引力定律预言的数值总会相差约四十三角秒。

正是这个理论与实际观测之间的微小裂缝，为爱因斯坦的广义相对论留下了机会。

在爱因斯坦的解释里，天体们产生的引力被理解为"时空扭曲"，而且质量越大的天体，扭曲时空的力度越强。太阳对邻近水星附近的时空产生了显著扭曲，因而水星的运行会偏离牛顿预测的轨迹。

同样的逻辑推广开来，地球本身也在弯曲着周围的时空，只是尺度极为微小——微小到我们日常几乎无法察觉。

当然，在这些日常例子中，时间膨胀的量级极其微小，完全不可察觉。除了少数极端情形，人类通常不会遭遇足够快的速度或足够强的引力，从而经历显著的时间膨胀。这一切也许并不重要，因为原子钟的灵敏度已经达到了足以测出最微小时间膨胀的水平。

有研究者指出，正是在这一点上，相对论将变得远为重要。原因并非我们能够走得多快——尽管科研人员希望能够走得更快——而是我们已经可以以令人难以置信的精度进行测量。

这样的精度水平将使我们以前所未有的方式利用时间：例如监测板块构造运动、地表深处的大规模位移，以及气候变化等。原子钟甚至可能带来关于时间本质的全新发现。

研究者认为，这项工作最令人兴奋的一点，就是我们正在借助时钟的高精度，探索未知领域，感知那些从未有人能观测到的效应。

2010年，两台超精密的、彼此同步的原子钟被并排放置。两台钟的精度极高，放在整个地球历史的时间尺度上，误差也只有微秒之别。

研究者随后将其中一台稍稍抬高——仅仅抬高了大约一毫米——奇迹便出现了：两台钟的走时不再完全一致。高度上相差短短一毫米，时间流逝速度就会相差约一千亿亿分之一秒。

就是这个几乎难以想象的微弱差异，再一次证明了爱因斯坦一个多世纪前的预言是正确的。

这一实验的意义远远超出了物理学家的"炫技"。原子钟的精度水平，使得它天然适合承担起大地测量学中最棘手的任务之一：精确测定海拔高度。传统方法在开阔大陆上还行得通，但一旦遇到孤立的岛屿、辽阔的沙漠或者陡峭的山区，测量精度就会大打折扣。

以德国的黑尔戈兰岛为例，它孤悬于北海之上，卫星难以精细分辨；因此，如今正在推进一项大地测量任务，把一台便携式原子钟带上岛，与大陆上的原子钟进行比对。黑尔戈兰岛的地理位置和面积，使得高精度高程测定极为困难。

GPS与重力仪组合的方法需要每两公里进行一次读数，因此在近海或近岸区域，从技术上说需要在海中放置重力仪，这在实际操作上并不可行。这也是这座岛屿的海拔至今未能被精确测定的原因。

原子钟可以充当连接岛屿、沙漠、山区等传统水准测量难以覆盖区域的桥梁，反过来，它们也可以作为高度基准点，用于理解海洋动力学和全球海平面变化。当引力场的每一次微弱起伏都能被一台钟"听见"，地球本身就变成了一张可以被极精细描摹的时空地图。

原子钟的意义并不仅限于大地测量学，它甚至有望让人类了解到当前尚未完全理解的引力效应。

研究者表示，很难预测这些测量将带来什么结果，但可以肯定的是会有许多惊喜。这正是当今物理学家试图突破的边界：更精确地测量时间、频率与时空——正如广义相对论所揭示的，它们本就是紧密相连的。

原子钟或许还能成为解开当代物理学最大谜题之一的钥匙——塑造着我们所知宇宙的暗物质。研究者指出，我们知道暗物质占据了宇宙中大部分的物质，而已有一些暗物质模型可以借助原子钟进行搜寻和约束。因此，原子钟具有非常广泛的科学应用。

随着时钟精度的进一步提升，人们可能会发现，日常物理方程中所使用的一些常数其实是错的，而这一发现足以彻底改变我们对宇宙的理解。研究者认为，正在构建的原子钟，是当今最为敏感的手段，用以寻找基本常数在当下是否存在微小的变化。这具有革新物理学的潜力。

当被问及原子钟是否可能带来一次爱因斯坦级别的关于时间的重大发现时，研究者回答说，这完全有可能：如果真的检测到基本常数随时间发生漂移，将是一场堪比相对论或量子力学诞生的革命。

他们表示，其实正在做的很多工作，都是在检验爱因斯坦的预言——我们真的能假定广义相对论就是唯一解释一切的理论吗？还是说，其预测中会存在某种偏差？

事实上，也有研究者坦言，人类对时间本身的理解或许并不深刻。

也许某一天，会出现一位聪明的年轻人，被时间这个谜题深深困扰，反复思索之后，提出一些真正精彩的想法。但这需要另一种思维方式，需要那种一个世纪、甚至一千年才会闪现一次的"顿悟时刻"。