01   实验装置原理

问题的提出：
    “动钟延缓”也叫“钟慢效应”，已经得到大量物理事实的直接证实，例如，μ子飞行实验，卫星搭载原子钟实验等等。谈到运动，必须指明其参照物，那么，时钟运动的参照物是什么？是其相对于地面的运动？还是指其相对于整个宇宙背景的运动？还是另有所指呢？     由于钟慢效应非常之微弱，加之人们可以获得的速度有限，参照系问题至今没有确切的实验结论。了弄清楚这个问题，人们曾经进行过许多有益的尝试，例如，美国科学家海菲勒等人曾经携带原子钟搭乘飞机，进行东向和西向飞行实比较验；还有日本学者正在进行的卫星之间的东向和西向传输实验，等等。

简单的实验原理：
     我们将用更简单的原理来研究这个问题，如图1.01，将两只时钟分别放置在旋棒的两端，当旋棒被驱动旋转时，让我们来考察时钟的运动情况。
     从地面观察者看来，两只时钟就的运动速度完全相同，仅仅是运动方向不同，相同的速度将导致相同的延缓，所以，两只时钟将一样快。
    但是，如果从宇宙背景看来，情况就有所不同，因为地球本身也是运动的，如果考虑到地球本身的运动，时钟的运动速度就不再相同，显然，与地球同向运动的时钟速度更快，钟慢效应将更加显著，所以，两只时钟将不一样快。
     到底哪一种情况会发生呢？只有通过实验来确定。

用混频器识别微小的变化：
     当然，地球速度引起的差异是非常小的，怎样来识别这种微小的变化呢？解决的办法是采用“混频器”技术。混频器是现代电子技术的常用器件，被广泛应用于日常活动的各个领域，例如电视机、手机、雷达等等，通常的混频器有两个入口、一个出口，如果将两路不同频率的信号接到入口，则可在其输出端口得到差频信号，也叫拍频，混频器是现代电子技术的重要部件，很多厂商也已提供系列的标准产品。
    混频器的典型作用就是监视频率变化。设一路信号频率为327680000Hz，另一路为327680053Hz，显然，差频输出为53Hz，现在假设，其中后者频率变为327680054Hz（即变化了1Hz），也就是说时钟快了1/327680054秒=3纳秒，此时，混频器输出由53Hz变为54Hz，差频信号时间变快了1/54秒=18518518纳秒。我们看到，在这种方式下，信号源微小的时间变化将导致输出信号显著的时间变化。从某种意义上说，混频器就相当于时间变化放大器，这里的时间变化量被放大了600多万倍
    有了混频器，就可以严密监视两只时钟的相对变化，当然，时钟的稳定性也非常重要，现代技术最擅长的就是制造精良稳定的时钟，显然不是问题。

图1.01   如果时钟速度是相对于地面，则差频频率是恒定的

图1.02  如果时钟速度是在宇宙中的速度，则差频频率是变化的

                                       http://www.wlsyw.com   占礼葵 2007.6.18

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