格格党

手机浏览器扫描二维码访问

第二章 停止之处 3 奇怪的一对（第4页）

新设备的极端精度也让我们可以验证电磁学、引力、量子力学的基本原理。

美国科学家大卫·维因兰德走在这项研究的前沿。

他和法国科学家塞尔日·阿罗什共同获得了2012年的诺贝尔物理学奖。

维因兰德想利用陷俘离子在超冷系统中极快、极稳定的转变，借助量子力学性质制造出比最好的原子钟还要精确的时钟。

其研究十分有前景，甚至可以做到几十年前无法想象的测量。

维因兰德用他的量子钟测得了设备升高几十厘米时引力场的减弱。

这也可以算是圆满了，因为在用空间度量时间几千年后，现在我们也可以用时间度量空间了，即利用广义相对论引起的微小时间差，我们可以测量出桌子上物体的高度。

用相对论赚钱

利用第一个原子钟的精度，我们可以详细验证爱因斯坦提出的时间效应。

狭义及广义相对论预言，同样的钟在两架相对飞行的飞机上走时不一样，在都灵和在海拔3250米的阿尔卑斯山的罗萨高原上走时也不一样，这些都已被观测到。

而对全球通信系统的发展而言，修正相对论效应引起的时间误差更是无比重要。

当1915年爱因斯坦写出广义相对论时，没有人会想到100年后谷歌能利用它赚得盆满钵满。

我们的地球被许许多多各种用途的卫星围绕着。

有一些卫星让我们可以打电话、接收世界各地的电视信号，有一些用于观测气象或给世界上各个地区拍照以探测资源、预防火灾，还有一些则是太空军事情报体系的一部分。

有一些特殊卫星构成了卫星网络，来监测交通工具的移动，保障航空航海的安全。

有一些卫星提供全球定位系统服务（GPS），让我们可以在地图上看到车辆或手机的位置。

这张全球卫星网由几千颗卫星组成，它们位于高300到36，000千米左右的轨道上。

后者正是同步卫星的轨道，这种卫星绕地球一周刚好24小时左右，所以它在天空中的位置看起来是固定不变的。

近年来，又有了利用微型卫星网络让世界上任何地方都能接入互联网的计划，因此，同步卫星的数量也势必越来越多。

在如此复杂的系统中做到通信同步是一个相当大的技术挑战，而且人们很快就发现，要做到这一点必须要修正时间的相对论性误差。

卫星在轨道上高速运动，且处于相对于地面基站更弱的引力场中——这两个因素导致必须要做一些修正，否则许多功能都无法实现。

尤其是定位功能，因为所有定位系统都基于无线电三角测量，如果不修正各个位置的信号到达时长，目前的精度（在军用系统中甚至能精确到几厘米）就会大大下降，那这个昂贵的系统也就完全失去了作用。

目前的GPS系统基于由31颗卫星组成的网络，分布于20，000千米高的近圆形轨道上，其分布使得任何时刻从地球上任意地点都能看到至少3颗卫星。

通过精确测量卫星发出的无线电信号到达接收器的用时，可以用三角测量法定出接收者的位置。

每颗卫星上都载有原子钟，并以非常精确的方式进行同步。

因为要使GPS发挥作用，需要考虑很多因素，其中就包括相对论效应。

卫星围绕地球运动的速度会导致每天慢大约7微秒（1微秒即百万分之一秒），而较弱的引力场则会导致每天快大约45微秒，因此总体快38微秒。

如果不修正这快出来的38微秒，那一天就可以差出几千米，系统也就无法使用。

总之，我们每次使用谷歌地图时都要怀念一下爱因斯坦，没有他，也许我们永远都见不到约好的人，找不到好朋友推荐的那个隐秘小馆。

大哲学家和小红帽

在成为科学研究的对象之前，时间和空间的关系从古典时代起就已经是哲学思考的重中之重。

卢克莱修的《物性论》就曾明智地断言：“若与事物的运动分离，时间便无从说起。”

而事物的运动正是在空间中进行的。

没有人探索过时间之外的空间，也没有人测量过空间之外的时间，所有时间测量都必然在空间的某处进行。

不考虑空间而构建时间是不可能的。

然而，以前对这种联系的认识一直显得很微弱，与我们今天的认知非常不同。

因此，以我们今天的知识来看，昔日伟大思想家之间的雄辩似乎只在于深海微澜了：关注表面的波动，集中于无限的细节，却对波澜之下涌动的深渊毫无了解。