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疯狂实验史 1971 原子钟环球飞行
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“那东西特别沉，”约瑟夫·黑费勒(Joseph Hafele)记得很清楚，“当我们把它拽进飞机的时候，它挂在我们中间，我觉得我自己都变重了。”
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2只重60公斤的原子钟，在1971年10月4日晚上7点半，被美国海军天文台的理查德·基廷(Richard Keating)和华盛顿大学的约瑟夫·海富勒带上了波音747飞机。它们有抽屉那么大，在飞机上需要有自己的座位，基廷和海富勒为它们单独以“时钟先生”的名字订了机票。
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“给原子钟买的机票要比我们自己的便宜200美元，毕竟它们在飞行途中不用吃东西。”海富勒说。在旅行过程中他戒掉了“原子钟”这个名称。“飞机在伊斯坦布尔暂停的时候，记者们问我这个实验和原子弹有什么关系。”当这位物理学家怀着善意告诉大家他身边的箱子里是一只原子钟的时候，飞机上的乘客还是躲得远远的。“之后我们就只称它为铯钟。”
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一位乘客看了看铯钟的钟面，然后看了看自己的腕表说：“您的钟快了一点儿。”他不知道，在他跟前的是世界上最准确的时钟之一。只有这样的钟才能检验1905年伯尔尼专利局一位三流技术人员①所提出的假说是否正确：
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(①这里指的是爱因斯坦，1905年他在伯尔尼专利局任技术人员。——译者注)
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那一年艾伯特·爱因斯坦26岁，他以一篇薄薄2页纸的文章提出了这一物理学假说。在毫不引人注意的标题《论动体的电动力学》之下，爱因斯坦第一次提出了后来的狭义相对论，这一假说建立起了一种新的世界观。在这一假说中，爱因斯坦否定了绝对的时间。时间在不同的地方流逝的速度是不一样的，而是和物体运动的速度有关。运动快的物体，它的时间也就过得更慢。爱因斯坦想到的并不是所谓的时间的个体感受，而是时间在物理学上的尺度。当一个人运动速度很快的时候，时钟指针跳得就慢些，烧开水的时间就长一些，一盘棋就要下得久一些。但这个人是感觉不到的，因为他自己感受到的时间也变慢了：他衰老的速度变慢了。如果一对双胞胎中的一个乘火箭出去旅行，那么当他回来遇见他兄弟的时候，就能看出这种时间尺度不同的效果：虽然出生于同一天，但没有出去旅行的这一位突然显得更苍老。
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无论对专业人员还是对门外汉来说，这在当时都是荒谬可笑的。爱因斯坦的理论在日常生活中无法被证明。这很正常。要检测上述效果，人们必须以接近光速(大约30万公里每秒)的高速运动，或者使用足够精确的时钟。
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10年后，爱因斯坦提出广义相对论，提出时钟的快慢不仅与它的运动速度有关，也和重力有关。时钟在山顶上要比在山谷中走得快些。而在地球上这一区别很小，我们还是无法感觉到这一效果。
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当美国航空公司在20世纪70年代开始提供环球航行的时候，约瑟夫·海富勒考虑，是不是可牲通过简单地把时钟带到飞机上来检测爱因斯坦提出的这个假说。可以在上飞机前将时钟和留在地面上的另一只时钟同步，然后绕地球飞行一圈，如果爱因斯坦是正确的，那么这2只时钟将产生时间差：运动得更快的时钟，它的时间必然会慢一些。
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海富勒计算出，这个时间差将是以十亿分之一秒量级。当他在一个物理学术会议上作报告提出自己的想法的时候，来自美国海军天文台时间服务部门的理查德·基廷正坐在听众席上。基廷所处的是当时美军用来守护“自由世界”准确时间的部门。拥有精确的时间是无线电导航中最重要的环节。基廷自己经常携带原子钟乘飞机旅行，前往世界各地为那里的原子钟调整、校正时间。基廷立刻认识到：这样的时钟正好可以测量海富勒所计算出的时间差，于是开始和海富勒一起策划这次环球飞行。其实基廷自己也怀疑，人们会这样想：“我不相信这些‘教授’，他们总是在黑板上写写画画就认为自己无所不知了。我做过无数次的测量，结果并不是像预言的那样。”
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海富勒和基廷先向东，4天后又向西做了环球飞行。第一次飞行用65个小时从华盛顿特区飞到伦敦，然后从伦敦经法兰克福、伊斯坦布尔、贝鲁特、德黑兰、德里、曼谷、香港、东京、火奴鲁鲁、洛杉矶和达拉斯回到华盛顿。
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旅途十分辛苦，不仅仅因为这2个物理学家总是要扛着那台沉重的钟(实际上是2台组合起来的时钟，这样可以让时间更精确)，而且由于这台时钟很脆弱，需要时刻照看，他们很少睡觉。更糟糕的是，由于时钟内的连线出现差错，基廷不得不切断了接地线，这导致这台机器始终带电，2位物理学家时不时地就得被电击一次。
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飞行结束后海富勒将收集到的数据填人爱因斯坦的方程式，计算出速度和重力共同作用的效果：飞机上的时钟在向东方向的旅行结束后应该走慢十亿分之十七到十亿分之六十三秒。事实上它走慢了十亿分之五十九秒。因为留在华盛顿的那只时钟随着地球自转向西运动了，现在华盛顿时间比飞机上的时钟时间慢了十亿分之二百七十三秒。这乍一看很奇怪，即使是算上地球自转，飞机上的时钟也比留在华盛顿的时钟运动得快。但是从地球外来看，就是另外一回事了：留在地面上随着地球自转运动的时钟要比飞机上的时钟运动得快，因为飞机是逆着地球自转的方向飞。
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令那些认为这个实验将徒劳无功的物理学家恼火的是，海富勒和基廷的原子钟飞行实验引起了媒体的强烈反响。事实上狭义相对论早从1938年开始就数次被实验证明是正确的。只是早期的实验测量的是时间变化的最基础的物理学数据，对于门外汉来说十分不直观。现在基廷和海富勒使用原子钟让这一时间的变化更加有说服力。“不知道什么时候，我就决定，这个实验是做给普通人看的，而不是给专家。”海富勒说。
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“如果您想活得更久，您只需要向东飞。”著名物理学家霍金写道，但是他也同时泼了冷水：“您得到的数十亿分之一秒，将被飞行给养的消耗抵消得一干二净。”
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◆访问webpsysics.ph.msstate.edu/jc/library/25-5/index.html观看当前有关相对论的特殊影响的动画片。
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◆同www.pbs.org/wgbh/nova/einstein上仍然有一部关于艾伯特·爱因斯坦的纪录片的链接。这部纪录片制作于1996年，它回顾了爱因斯坦一生的重要成就，并且阐释了不同时钟快慢不同的现象。里面还有一个视频小游戏，是关于相对论著名的孪生子谬论的。
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疯狂实验史 1972 逃过十字路口
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如何考察凝视对人的影响?斯坦福大学的研究者发明了一种简单的方法：他们站在帕罗奥多的十字路口，盯着等红灯的汽车司机。在信号灯跳到绿灯后，他们测量汽车开走所用的时间。被凝视的司机很着急：他们穿越十字路口的平均时间是5.5秒，其他人平均用时6.7秒。和动物一样，显然可以把人类的凝视理解为一种威胁，使得被凝视方想要逃离，即使这种威胁只是出现在路口。
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疯狂实验史 1973 性之漂流筏
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