爱因斯坦量子力学和相对论（爱因斯坦的狭义相对论通过了原子钟的检验）

狭义相对论的创立基于一个非常重要的假设——光速不变原理，即光的速度与参照系的选择无关。假设有一束在真空中传播的光，无论观察者相对于光做怎样的相对运动，光的速度相对于观察者都是保持相同的光速，不会增加也不会减小。

光速不变原理的理论支持来自于麦克斯韦方程组，该方程组推到出真空中的光速只取决于真空介电常数和真空磁导率，而这两个参数均是与参照系无关的常数。因此，这表明光速相对于任何参照系都是相等的。光速不变原理的实验支持来自于光行差效应，以及非常经典的迈克尔逊-莫雷光干涉实验。

狭义相对论的另一个非常重要的假设——狭义相对性原理。爱因斯坦认为，物理学法则在任何惯性参照系中保持不变，所有参照系都是平权的。这有被称为洛伦兹不变性，即物理学方程在洛伦兹变换下保持形式不变。爱因斯坦最初从法拉第的电磁感应实验中认识到了这一原理，后来的各种实验又进一步证实了该原理，其中就包括最近的一项高精度原子钟实验。

根据刚刚发表在《自然》（Nature）杂志上的一项研究[1]，德国联邦物理技术研究院的物理学家让两个镱离子——带正电荷的原子——以特定的频率吸收和发射光，其功能类似于钟表指针的滴答走动，它们是两个精度极高的镱原子钟。这些离子朝向不同的方向随着地球自转而旋转，每天循环一周。

如果在空间中不同方位的镱原子钟的滴答走动有所区别，那么，实验将会揭示出两个原子钟的相对频率在每天的变化——而这就会违反洛伦兹不变性。然而，两个镱原子钟没有出现差别，它们的频率误差不超过一百亿亿分之三，这个精度比之前的洛伦兹不变性实验提高了100倍。

虽然洛伦兹不变性已被反复证实，但一些量子物理学家预测，它经不起越来越精确的测试。根据量子引力理论（试图把引力量子化的理论，以期实现大统一理论），粒子并不满足时空的均匀性，洛伦兹不变性将会在被更高精度的实验证明无法成立。

但到目前为止，还没有迹象表明洛伦兹不变性失效，并且基于此创立而来的狭义相对论还是一如既往地经受住了各种高精度实验的检测。

导航卫星的时钟校准是对狭义相对论的最好检验之一，根据狭义相对论，太空中高速运动的卫星所携带的时钟会走得比地面上的时钟更慢，所以需要消除这种效应带来的误差（同时还要排除广义相对论效应）。另外，粒子加速器中的粒子无一不是证实了狭义相对论，它们的速度始终都无法被加速到光速，因为这受到了狭义相对论的限制。

参考文献

[1] Christian Sanner, Nils Huntemann, Richard Lange, et al., Optical clock comparison for Lorentz symmetry testing, Nature, 2019, 567, 204-208.