你在这个世界中的方位不只是由空间坐标（何处）描绘的，还是由时刻坐标（何时）描绘的。不阅历时刻而从一个空间方位移动到另一个方位是不或许的，另一方面，假如不了解所丈量方位的引力场相对强度，就不或许精确地丈量时刻。
几千年来，人类认识中对时刻的默许概念都是“绝对时刻”。但是，时刻是相对的，由于引力和运动都会使时刻胀大。
氢原子中的电子跃迁，以及由此产生的光子的波长，展示了量子物理学中结合能的作用以及电子和质子之间的关系。氢原子内电子跃迁能量最高的是莱曼-α 跃迁（n=2 到 n=1），其次是可见的巴尔默-α 跃迁（n=3 到 n=2）。
不管你身处何方，不管你移动的速度有多快，也不管你周围的引力场有多强，你身上的任何时钟都会以相同的速度，一分一秒地记录着时刻。关于任何一个独自的观察者而言，时刻的确便是这样在不停地活动着。但是，假如有两个不同的时钟，你就可以比较时刻在不同条件下是怎么活动的。假如一个时钟坚持停止，而另一个快速移动，那么快速移动的时钟将比停止的时钟阅历更短的时刻：这便是狭义相对论中的时刻胀大现象。
当一个物体的运动速度挨近宣布光的光速时，它宣布的光会依据观察者的方位而产生偏移。左面的人会看到光源在远离，因而光会红移；在光源右边的人则会看到蓝移。
愈加违反直觉的是，时刻的相对活动还取决于两个地点之间空间歪曲程度的差异。在广义相对论中，这与特定方位的引力强度有关，意味着当你站起来时，你的脚和你的头实际上是在以不同的速度变老。那么，这些现象背面的物理学原理是什么呢？
当一个量子辐射脱离引力场时，它的频率有必要红移以保存能量；当它进入引力场时，则肯定会蓝移。只有当引力自身不只与质量有关，并且与能量有关时，这才说得通。引力红移是爱因斯坦广义相对论的中心猜测之一，但直到最近才在银河系中心这样的强引力场环境中得到直接验证。
答复这一问题的基础之一，便是普遍存在的物理学规律。虽然世界的特点或许会跟着时刻、能量或所在方位而产生改动，但支配世界的规则和根本常数是坚持不变的。在世界中的任何当地，氢原子都会在相同的能量下产生电子跃迁，它们宣布的光量子与世界中任何其他的氢原子都是相同的。
相同的道理也适用于离子跃迁、分子跃迁甚至核跃迁。也便是说，物理学规律在任何时刻和任何地点都是相同的，因而这些发射或吸收光子的跃迁总是在相同的能量下产生。但是，假如一个光子的发射体和一个光子的（潜在）吸收体不在同一时刻和方位上，那它们所观察到的能量很有或许就不共同。
从 6S 轨迹开端的原子跃迁（Delta_f1）界说了米、秒和光速。依据运动和恣意两个方位之间空间曲率的特性不同，咱们观测到的光的频率会产生细微的改动。
当物体相对运动时，会出现被称为多普勒效应的物理现象。每当有急救车或消防车靠近或远离时，大多数人都会体验到多普勒效应，表现为鸣笛声的腔调改动。简而言之，多普勒效应便是波源与观察者相对运动时，观察者接遭到波的频率与波源宣布的频率不共同的现象。假如车辆正在挨近你，那鸣笛声会变得更尖细（频率变高，波长变短）；假如车辆正远离你，那鸣笛声就会变得消沉（频率变低，波长变长）。
对动摇性的光而言，相同也会出现这种效应：假如光源和观察者互相远离，则光谱会向更长的波长（红光方向）偏移，；而假如它们互相相向运动，光谱就会向更短的波长（蓝光方向）偏移。
现在，奇怪的事情来了：当你遭到的引力场强度在不同方位间改动时，也应该会产生相同的效应 —— 即便每个人都是停止的。正如光可以有多普勒红移和蓝移，引力也会有红移和蓝移。例如，假如从太阳发送一个光子到地球，由于太阳的引力场主导着太阳系，并且太阳附近的引力场强度比更远的当地更强，因而光子在从太阳到地球的进程中会失掉能量（变得“更红”）。假如光子朝相反的方向移动，即从地球到太阳，那么光子将获得能量，色彩变得“更蓝”。
物理学家格伦・雷布卡正在哈佛大学杰斐逊塔的下端设置试验设备，一起给庞德教授打电话。这便是闻名的庞德-雷布卡试验。在没有进一步改动的情况下，从塔底宣布的光子不会被塔顶的相同资料吸收。这项试验证明了引力红移的存在。
物理学界有许多怀疑论者，他们以为引力红移的概念是彻底非物理的。这一概念十分复杂地涉及到时钟运行的速率：在任何时刻间隔内经过特定方位的波峰数量决定了接收到的光频率；假如引力红移是实在的，那在不同强度的引力场中发射一个光子应该会导致可见的成果。这意味着，和大多数物理猜测相同，咱们可以找到某种方法来查验引力红移。
假定咱们可以诱导一个量子跃迁，要么是电子的能级搬运，要么是被激发的原子核重新配置，然后释放出一个高能光子。假如附近有一个类似的原子（或原子核），那它应该就可以吸收这个光子，由于导致光子发射的物理学机制也会导致相反的进程：光子的吸收。
但是，假如你把光子移到更长的波长或更短的波长上，你都不能使它被吸收了。量子世界的规律是十分严厉的，假如一个光子所带着的能量稍微多一点或少一点，它都无法导致恰当的激发态。
一个光子源，比方一个放射性原子，假如光子的波长从源到目的地之间不产生不改动，它就有机会被同一种资料吸收。假如光子在引力场中向上或向下移动，就有必要改动发射源和接收器的相对速度（比方用振荡器来驱动它）来进行补偿。这是 1959 年庞德-雷布卡试验的设备示意图。
1959 年，罗伯特・庞德和格伦・雷布卡进行了一个引人注目的试验，被后世称为庞德-雷布卡试验。该试验展示了引力红移的存在，并试图对其进行量化，证明你头上的时刻的确过得你脚上的时刻快。
试验人员在一个垂直的高塔内设置了一个光子发射源，然后将处于较低能态的相同物质放在塔的另一端。假如没有引力红移 —— 即时刻对二者都是相同的 —— 那么高塔另一端的物质应该会接收到从这一端发射出来的光子。
当然，这些物质并没有接收到光子，由于这些光子的能量产生了改动，进而导致波长改动。
那些头离地心较远的人与头离地心较近的人所阅历时刻的消逝速度略有不同，虽然不同十分细小。这是引力时刻胀大的成果，相同适用于物理学家（如图中拿着烟斗的乔治・伽莫夫）和非物理学家。
庞德和雷布卡所做的，便是树立一个振荡器（根本上相当于一个扬声器的内部），使其可以在塔的一端“增强”光子发射的资料。他们推断，假如能将其增强到适宜的程度，就可以微调这种诱导的多普勒效应，然后彻底抵消引力的红移。换言之，振荡器会跟着时刻的推移，通过添加额定的运动（以及额定的时刻胀大）来补偿引力所导致的效应。
所以，当到达适宜的频率时，（铁）原子突然间就开端吸收从高塔另一端宣布的光子。开始的试验证明了广义相对论的猜测，随后庞德和斯奈德在 20 世纪 60 年代对其进行了改善。
终究的结论是：每添加 1 米的高度，就需要对大约 33 纳米 / 秒的多普勒频移进行补偿。这就相当于在地球表面较低的当地，你需要以一定的速度运动，才能使时刻消逝的速度与你在高处时相同。换句话说，在地球重力场中，假如低处的东西没有额定的速度提升 —— 即没有额定的时刻胀大 —— 那么时刻会在更高处消逝得更快。更直白地说，你的头会比你的脚变老得更快。
当然，比较开始的那些试验，咱们现在的丈量手法要好得多，比方可以直接使用原子钟技术来丈量时刻的消逝。许多世纪以来，人类界说时刻的方法现已产生了屡次演化；曩昔，咱们依赖于地球绕地轴旋转或环绕太阳旋转的运动来界说时刻，现在，咱们可以通过铯-133 原子来界说 1 秒钟有多久。
在铯-133 原子中，原子基态的两个超精细结构能级间会产生十分精确的跃迁，发射一个特定波长的光子。这个动摇的 9192631770 个周期，便是现代国际单位制中对 1 秒的界说。
依据广义相对论，假如把一个原子钟 —— 不管是根据铯、汞、铝或任何其他元素 —— 移动到不同的海拔高度时，它就会以不同的速度运行：在海拔较高的区域（弱引力场）走得更快，在海拔较低的区域（强引力场）走得更慢。
原子钟试验现已以惊人的精度验证了这一点，科学家检测到的猜测高度差异改动最小可到 0.33 米。在地球的重力场相对较弱的情况下，这是一项了不起的成果，表明了原子钟计时的准确性。
但是，假如咱们把原子钟带到一个更极点的环境中，时刻胀大的效应就会变得十分可观。世界中没有比黑洞更极点的引力环境了。假如挨近黑洞的事件视界，时刻对你来说会过得十分慢，你所感遭到的 1 秒钟，对相距遥远的人而言或许现已过了几百年、几千年甚至是亿万年。
或许这现已足以让人担心了。即便咱们可以制作虫洞，剧烈的空间歪曲或许也会导致世界中整个有意义的部分 —— 包含了恒星、星系以及各种风趣的化学反应 —— 在咱们经过其中时无暇顾及。
穿越虫洞是一个诱人的出题，但假如时刻像在黑洞附近那样胀大的话，当你从虫洞的一端游览到另一端时，整个世界或许都会与你擦身而过 —— 条件是这一旅程不会炸毁虫洞里面的飞船。
在咱们的世界中，关于那些在空间中运动间隔最少，且所在空间曲率最小的观察者来说，时刻会过得最快。假如能到远离任何物质来源的星系际空间游览，你会比任何人变老得更快。在地球上，你离地心越远，时刻过得就越快。这种影响十分细微，但可以丈量并量化，并且十分稳定。
这意味着，假如你想在未来进行时刻游览，最好的选择或许不是进行一趟漫长的、以挨近光速往复的旅程，而是应该在空间曲率较大的当地停留，比方黑洞或中子星附近。当你进入引力场越深，相关于那些离你越远的人，你所阅历的时刻就会越慢。对生活在地球上的咱们来说，站着 —— 让头更远离地心 —— 的确会让时刻过得比躺着更慢一些，虽然或许只慢了几纳秒。
