根據頂級科學期刊《自然》（Nature）發表的一篇封面論文[1]，物理學家通過極為精確的原子鐘發現，高度僅僅高了1毫米，時間也會走快1000億億分之一，這再次以極高的精度證實了愛因斯坦百年前的預言。

宇宙中的時間并非像牛頓想的那樣是絕對一致的，根據愛因斯坦的狹義相對論，時間在運動參照系中會變慢，這被稱為時間膨脹效應。速度越接近光速，時間走得越慢，越接近于停止。除了速度之外，引力也會影響時間的流逝速率，這究竟是為什麼呢？

引力我們都很熟悉，我們每個人都受到地心引力的作用，被束縛在地球表面。地球被太陽束縛住，不會游蕩到星際空間中。同樣地，太陽被銀河系束縛住，不會流浪到星系際空間中。這些現象的背后都是引力在起作用。

17世紀，牛頓發現了萬有引力定律，給出了引力公式，兩個物體之間的引力正比于它們的質量之積，反比于它們之間距離的平方。萬有引力定律成功解釋了天體運動，并且還能預言第八大行星（海王星）的存在。

雖然萬有引力定律取得了前所未有的成功，但卻并不完美。作為太陽系最內側的行星，水星在繞著太陽公轉時，近日點會有明顯的進動。水星每繞太陽轉一圈，都不會回到原來的位置，前后兩個恒星年的公轉軌道無法完全重合。

根據觀測結果，在100年的時間里，水星的近日點進動與萬有引力定律預言的數值相差了43角秒。平心而論，這個偏差其實非常小，100年才差了0.01194度，差不多是1/84度，離1度還差得遠。

但如此小的誤差也說明，牛頓的萬有引力定律存在缺陷，它并不是終極的引力理論。這個問題直到1915年，愛因斯坦完成廣義相對論后，才得到完美解決。

愛因斯坦對引力的解釋完全不同于牛頓，愛因斯坦不認為引力是一種純粹的新引力，取而代之的是一種幾何效應。根據廣義相對論，物體甚至是能量都會讓原本平直的空間發生彎曲，物體在彎曲空間中運動，就有互相靠近的趨勢，從而看起來就像是一種吸引力。

愛因斯坦的廣義相對論完美地解釋了水星問題，而且還預言了諸多未知的引力現象，包括引力透鏡效應、引力波、黑洞、引力以光速傳播，這些現象都在后來的觀測中一一得到完美證實。

廣義相對論預言，物體除了會讓空間發生彎曲之外，還會讓時間扭曲。在引力越強的地方，時間過得越慢，這就是引力時間膨脹效應，物理學家早已通過實驗證實了這一預言。

1971年，物理學家把銫原子鐘置于飛機上，讓它與地面上的另一架銫原子鐘進行對比。理論上，飛機在萬米空中飛行時，距離地心更遠，所受引力更弱，上面的時間應該過得更快。

即便考慮到飛機速度更快，時間會相對更慢，但最終還是引力時間膨脹效應占據上風。總體而言，飛機上的時間流逝速率會快于地面上，最終的實驗結果證實了這一點，與廣義相對論的預言完全吻合。

而根據這項最新研究，美國科羅拉多大學物理學家、中科院外籍院士葉軍率領的研究團隊，以前所未有的精度來驗證廣義相對論。通過激光冷卻技術，物理學家利用鍶原子研制出了光晶格鐘，精度比此前提高了50倍。

物理學家把兩個光晶格鐘放置在不同的高度，相差僅僅只有1毫米。實驗結果表明，高度更高的原子鐘走快了0.0000000000000000001，也就是1000億億分之一（1/10^19），這與廣義相對論的預言完全符合。

在生活中，如此小的時間差異我們不可能感知出來，而且也毫無意義。但在高精尖的航天領域，愛因斯坦的相對論將會大顯神通，必須要考慮相對論效應帶來的影響。

以運行在地球同步軌道上的導航衛星為例，根據相對論，那里的時間每天會比地面上走快38微秒。雖然只有0.000038秒的誤差，但由于信號以光速傳播，累計一天后，定位誤差可以超過10公里。因此，相對論效應其實關乎到我們的日常生活。

如果未來人類能夠制造出蟲洞，實現星際飛行，去到擁有極端引力的天體附近，比如黑洞，那麼，太空旅行者的時間將會被大幅度放慢，越接近黑洞表面，時間越趨于靜止。

如果太空旅行者在黑洞附近過一個月，然后再返回地球，這時會發現地球上的時間已經過了很多年，有可能是成百上千年之后。當時出發時的那些地球親友都可能早已不在，而對于太空旅行者來說，時間才過了一個月，他們與當時并沒有什麼變化。

參考文獻

[1] Tobias Bothwell, Colin J. Kennedy, Jun Ye, et al. Resolving the gravitational redshift across a millimetre-scale atomic sample, Nature, 2022, 602, 420-424.