如何评价美国科罗拉多大学叶军团队首次在毫米尺度验证广义相对论？ 第1页

谢邀。这项研究^[1]的重点不是什么广义相对论，更不是什么和量子力学结合，而是展示基于原子分子光物理的时间精密测量技术的潜力。这种原子钟是通过原子能级跃迁的频率固定这点，来计量时间的。问题在于，频率固定只是理想状态，现实世界里有各种原因会造成频移，消除频移从而是提升精度的关键。作者团队先前的研究已经介绍了他们采用的方案，^[2]介绍了消除各种来源频移的方案，^[3]专注于其中这篇回答将介绍的一个方面，取得了超过三个数量级的精度改进，对这项研究至为关键。

这种原子钟叫光晶格钟，光晶格是激光干涉形成的周期性势阱，把大堆超冷原子陷俘进去，这种体系的好处在于高度可控。让一维光晶格沿着局部重力加速度的方向，晶格势加上引力势实现如下的Wannier-Stark态。计量时间利用的是基态 到激发态 的跃迁。

由于驱动跃迁的激光波长不同于格点间距，激光会有效地将不同格点上的态耦合起来，晶格势比较浅的话，原子会隧穿到别的格点上，这种耦合是所谓的离位 -波相互作用；晶格势比较深的话，一个格点陷俘很多原子，它们间会发生碰撞，这种耦合是所谓的在位 -波相互作用。对跃迁 ，这两种耦合造成的频移是反向的，所以将晶格势调节到所谓的魔法深度（这起名真是没有创意……），它们就能恰好抵消：

这并不是广义相对论最精确的实验检验，而是在最小尺度上的实验检验。现在已经实现毫米尺度了，精度再提升一个数量级的话，确实能谈广义相对论与量子力学结合，但也只是结合，只能说是“弯曲时空量子力学”，离涉及广义相对论与量子力学矛盾的量子引力还远着呢！量子引力是Planck长度 尺度上的事情。当然，也许下次测发现广义相对论的预言不对了，那就真的是轰动性的新闻了。

相关技术能否在其它领域得到应用？当然可以有很多应用。能在如此高的精度上测量引力红移，自然就能测量海拔，从而监测非常细微的岩浆流动，地壳变形，建立火山喷发和地震预警系统。

参考

1. ^ T. Bothwell et al., Resolving the gravitational redshift across a millimetre-scale atomic sample, Nature 602: 420-424 (2022).
2. ^ T. Bothwell et al., JILA SrI optical lattice clock with uncertainty of 2.0×10^(-18), Metrologia 56: 065004 (2019).
3. ^ A. Aeppli et al., Hamiltonian engineering of spin-orbit coupled fermions in a Wannier-Stark optical lattice clock, arXiv: 2201.05909.