单个原子云的顶部和底部的时间流速不同。物理学家希望此类系统有朝一日能帮助将量子力学和爱因斯坦的引力理论结合起来。

臭名昭著的双胞胎悖论将宇航员 Alice 送上极速太空之旅。当她返回与双胞胎兄弟 Bob 重聚时，她发现他衰老得更快。这是一个众所周知但是令人困惑的结果：如果你运动得快，时间就会变慢。引力有相同的效果。根据爱因斯坦的相对论，地球——或者任何大质量物体——以一种减缓时间的方式扭曲时空。如果 Alice 生活在海平面上，Bob 生活在引力稍弱的珠穆朗玛峰峰顶，他会又一次衰老得更快。地球上的差异不大，但真实存在——差异可以通过将原子钟放在山顶和谷底，通过两者之间的差异进行测量。

物理学家现在设法将这种差异测量到毫米。本月早些时候发表在预印本服务 arxiv.org 上的一篇论文中，Jun Ye 实验室的研究人员测量到了毫米级电子云顶部和底部之间的时间流逝差异。Jun Ye 是科罗拉多州博尔德市 JILA 研究所的一位物理学家。这项工作将广义相对论和量子力学交叉研究推进了一步，众所周知，这两种理论彼此不相容。新时钟采用了一个基本的量子系统——原子钟——并将其与引力交织在一起。在实验中，Ye 的团队使用了一个光学晶格钟，这是一个由 100,000个锶原子组成的云，可以被激光激发。如果激光的频率恰好，围绕每个原子运行的电子将被激发到更高更活跃的轨道。因为只有很小范围的激光频率会激励电子移动，所以测量这个频率可以提供极其精确的时间测量。它就像一个量子老爷钟，不过滴答声是来自激光的振荡，而不是钟摆的摆动。