时空曲率的量子探针

在爱因斯坦的广义相对论中，引力是时空曲率的一种表现形式。其中一个被广义相对论所预测的现象是相对论的时间膨胀，即当时钟被放在引力场的不同位置、或以不同速度移动时，这个时钟将以不同的速率滴答作响。这一现象已被大量的实验所证实。在适当的条件下，时间膨胀可以影响量子波的相位，这可以通过干涉实验测量。斯坦福大学的Overstreet等人在原子喷泉实验中观测到了这一现象，相应的工作于1月13日发表在《科学》杂志上。在该研究中，他们利用高灵敏度原子干涉仪来测量原子波包之间的相位移动，从而达到测量时间膨胀的目的。实验中所搭建的单源梯度仪，在每次发射原子时，其重力梯度分辨率可以达到5×10-10/s2（差分加速分辨率为1.1×10-11g1.1×10-11g，在70次发射后可达1.4×10-12g），为地基重力梯度仪设定了新的标准。该结果是首次观察到重力相移，该相移本质上与测试粒子的质量成正比。在量子力学中，微观粒子可以表现为波，每个粒子都可以看作一个“波包”。作用在波包上的力可以改变这个波包的传播，这与经典力学中改变粒子的轨迹是一样的。然而，势能的均匀变化可以在不影响其轨迹的情况下改变波包