时间，就像金钱一样，似乎只有在即将耗尽时才显得重要。但对物理学家来说，时间始终是一件大事。相对论告诉我们，时间的流逝取决于你测量它的环境：例如，山顶的时钟比地面上的时钟走得快，你走得越快，你的时钟走得越慢。时间取决于空间。
但是现在，得益于原子钟（我们发明的最精确的计时设备）的技术进步，我们可以反过来，通过研究时间的流逝来更精确地确定物理参数。我们对空间的理解将取决于时间。
据《自然》杂志今日报道，这些新时钟也将实现更好的原子钟通常承诺的功能：改进的计时、通信和导航技术。但除了对周围物理空间的洞察外，这些设备还有助于探测引力波、检验相对论的预测并搜寻暗物质。所有这些，都仅仅来自于超精确的时钟。
原子钟计时
这一切听起来可能相当复杂（事实也是如此），所以我们从基础开始。正如该论文的作者们乐于解释的那样，“时间的流逝是通过计算频率参考的振荡来跟踪的，例如地球的自转或钟摆的摆动。通过参考原子跃迁，频率（以及因此的时间）可以比任何其他物理量更精确地测量。”所以，计算特定原子在能量级别之间转换的次数，你就会得到最精确的滴答声。
原子钟的领军者是美国国家标准与技术研究院 (NIST)，今天的研究就出自那里。最新的时钟依赖于 1,000 个镱原子，它们被冷却到接近绝对零度，并被困在由激光束制成的 1D 网格（即柱状）中。根据原子钟性能的所有指标——最小化原子频率误差、确保滴答声稳定以及其结果可重现——NIST 的研究人员制造出了简直令人难以置信的精确时钟。它们的误差范围在 10-18 的数量级，即十亿分之一的十亿分之一。
事物形态
事实上，这些原子钟的精度极高，它们实际上对引力影响非常敏感。通常情况下，引力相对论的细微差别会影响时间的流逝，其微小到我们无法察觉——但现在不同了。正如作者们所说：“如果这些时钟在很长的基线上进行比较，或者用于与世界其他时钟进行远程比较，测量将受到地球表面引力知识的限制。”也就是说，它们如此精确，以至于唯一能改变其滴答声的就是引力本身。由于相对论，较高的时钟（离地球质量更远）会比较低的时钟走得更快。
这对大地测量学来说是一件大事，这门科学测量地球的形状和引力影响。我们目前对地球精确表面的了解依赖于卫星和计算机建模，它们提供了相当好的分辨率，可以精确到几厘米。但这些原子钟可以将分辨率提高到一厘米。有了两个这样的时钟，研究人员就可以比较两个不同大陆的海平面、一座山脉的精确高度，或者任何他们关心的其他基于高度（因此也是基于引力）的测量。
而且，由于原子钟对引力非常敏感，它们可以作为一种探测任何相关活动的探测器。引力波在穿过我们和这个星球时，将会在这些时钟的读数中显示出来。现在还可以进行极度精密的爱因斯坦理论实验检验。最令人着迷的是，这项技术可能有助于探测微量的暗物质，这种看不见的物质只与引力相互作用，并且构成了宇宙物质的大部分。
需要明确的是，这些目前仍然只是可能性。作者们刚刚制造出了这些原子钟，并展示了它们的精度。但是，既然他们知道这项技术能如此出色地工作，物理学的新发现时代可能就到来了。是时候了。
