阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）的广义相对论对我们的现实充满了奇怪的见解，但也许最令人难以置信的是，强大的引力场或极高的速度会扭曲时间的流逝，这种效应被称为时间膨胀。例如，由于地球引力对时间的扭曲效应，航天器上的时钟比地球上的时钟滴答声稍快。
现在，在一项重大突破中，吉拉的科学家们在国家标准与技术研究所和科罗拉多大学博尔德分校的联合行动中，用世界上最精确的时钟测量了时间膨胀的最小规模。研究小组发现，由于地球引力的影响，相距仅一毫米（约一个铅笔头的宽度）的时钟显示的时间略有不同。
这项新的实验为时钟的精度达到当今可用时钟的50倍铺平了道路，可以用于许多实际应用，同时也揭示了关于我们宇宙的基本奥秘，根据周三发表在《自然》杂志上的一项研究，包括长期寻求的“广义相对论与量子力学的结合”。
这项研究的合著者、JILA物理学家叶军（Jun Ye）在一次电话采访中说：“当你使用如此小的规模时，这意味着什么？这意味着时钟精度更好。”。“从某种意义上说，我们想说的是时间和空间是相互联系的。正如爱因斯坦的相对论告诉我们的，时间就是空间，空间就是时间，时间是相对的。没有绝对的时间概念。”
几年来，叶和他在JILA的同事一直在通过设计更加精确的原子钟来推动计时和广义相对论的前沿。在这些时钟中，摆锤的作用是通过原子中电子的移动频率来发挥的，这些原子被仔细排列在晶格中，以控制其混沌能量和运动。这些创新使原子钟成为迄今为止设计的最精确的计时器，能够在150亿年内损失一秒钟，这就是为什么它们被用于全球定位服务（GPS）卫星和其他需要超精密时间的系统。
2010年，JILA的科学家们用这些时钟测量了海拔相差33厘米（约1英尺）的两点的时间膨胀，这在当时是一个很大的进步。经过十年的时间微调，叶和他的同事们成功地跟踪了10万个极冷锶原子样本中的频率变化，使他们能够捕捉到前所未有的毫米级膨胀效应。
更重要的是，该团队成功地让这些原子在37秒的时间内保持完美的一致性，创造了“量子相干”持续时间的新纪录，也就是这些原子的行为可以预测的状态。
“第一天，当我们能够看到这么长的连贯时间时，我们简直不敢相信，”叶回忆道。“量子相干性听起来非常微观。原子向你揭示了电子是如何围绕原子核运动的，等等。但是想到37秒，几乎一分钟，这是一个非常宏观的时间尺度，一个‘人类’的时间尺度，这是难以置信的。”
“当我和学生们交谈时，我说：‘这是我有生以来第一次想象我喝咖啡时原子以连贯的方式来回跳动，’他接着说。“归根结底，实际上，这就是我们现在谈论的量子革命的本质。将非常微观的量子现象纳入宏观世界观是非常有趣的。”
把这个奇异的量子世界带到我们更熟悉的环境中，可以帮助科学家探索科学中一些最大的开放性问题。例如，几十年来，研究人员一直试图让管理恒星和星系的大规模宇宙的广义相对论与量子力学一致，量子力学在原子内部的微小领域设定规则。随着原子钟变得越来越精确，科学家们将能够在经典世界和量子世界发生冲突的时空曲率上看到原子波。
“如果我们做到这一点，这是最基本的，”叶说。“这是我们从未探索过的物理学领域。”叶补充说，如果这些时钟可以再提高20倍，“我们将进入一个非常非常有趣的领域”，这将“在量子力学最终与广义相对论相遇时产生新的见解”
除了这些关于我们现实的基本性质的新发现之外，越来越精确的时钟正在激发一系列几乎无穷无尽的潜在应用，从火山爆发的预测到海平面上升的测量，再到深空任务。
叶说：“整个地球是一个有生命的身体，它在非常活跃地运动。”。“当你谈论全球变暖和不断变化的地球时，我们需要更好的工具来监测正在发生的事情。你可以使用时钟来实际测量地球的变化，因为时间和空间是内在联系的。”
“我们经常喜欢开玩笑：‘我们健康地生活了一百年，在这段时间里，你的大脑比你的脚衰老快半微秒左右，’”他说。“从生物学的角度来看，这是一分钟，谁会在我的百年生命中关心半微秒呢？但它在测量地球如何变化，以及测量我们最终如何驾驶载人或无人驾驶的飞行器在火星或其他遥远的行星上着陆方面起着至关重要的作用。这一切都是基于这种精确的时间安排。”信息"
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