德国联邦物理技术研究院（PTB）中的光学时钟检验狭义相对论。图片来源：PTB。

法国、德国和英国的原子钟已经被用来检验爱因斯坦狭义相对论中的时间扩张理论。最近，这些时钟通过光纤链路连接在一起，各原子钟能够彼此进行通信，从而相互校正时间。这项工作是由一支国际物理学家团队完成的，他们认为这项测试的时间分辨率仍可能进一步提高数个数量级。

该研究使用“Robertson–Mansouri–Sexl”（RMS）方法来检验狭义相对论。RMS假设存在一个固定参考系，在其中任意两点之间往返一次所测量的平均光速在所有方向上是恒定的。根据狭义相对论的公式计算，光在任意两点之间往返的时间应该相同，但是通过RMS的测试，在不同的坐标系中，往返的时间存在及其微小的差别，这与狭义相对论的假设相矛盾。

不同的方向

随着地球旋转，地球表面上的不同位置相对于地心具有不同的速度。例如，不同经度的点朝着不同的方向移动，而不同纬度的点以不同的速度移动。因此，在地球上两个不同位置上的原子钟之间发出的信号可能不符合RMS方法。

该研究分别使用了位于法国国家实验室-巴黎天文台时间空间参考实验室（LNE-SYRTE）、德国布伦瑞克联邦物理技术研究院（PTB）的标准实验室和英国伦敦的国家物理实验室（NPL）的三座原子钟。时钟由两条不同的光纤链路连接在一起——一条连接了NPL和LNE-SYRTE，另一条连接了PTB和LNE-SYRTE。

为了比较两台光时钟的频率，每条光纤链路将频率信号从一个时钟发送到另一个时钟，再返回给第一台时钟。在RMS方法中，返回信号的频率偏移中包含了一个有关原子钟位置的速度差。由于地球自转，两台原子钟所在位置的速度——以及因此造成的RMS频率偏移——每天都会产生振荡。

时间膨胀

在一次测试中，团队将位于LNE-SYRTE和NPL的原子钟比较了60小时，将PTB和LNE-SYRTE的时钟比较了150小时。这次测试中两台原子钟之间存在1亿分之一秒的差别。具体来说，这一实验结果违背了狭义相对论的预测结果，这说明了在不同的坐标系下观察同一事件的时间可以是不同的。

最新的研究结果比使用快速离子时钟测量的时间精度要提高两倍以上。该团队在《物理评论快报》中写道：“随着原子钟计量精度的提升，以及光纤链路的完善，我们预计今后的测试将会提高测量精度。”

来源：http://physicsworld.com/cws/article/news/2017/jun/07/fibre-linked-atomic-clocks-put-special-relativity-to-the-test

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