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一秒钟到底有多长？为什么说原子钟是世界上最精准的时钟？我们看新闻时最常听到的播报那些北京时间 ， 竟然不是在北京产生的 ， 而是由陕西省渭南市蒲城县的中国科学院国家授时中心计算得来的 。 它指的并不是某一个城市的时间 ， 而是整个东八区的区时 。 也就是说 ， 即使我们身处祖国的不同地方 ， 但是仍然遵循着同一个国家标准时间 ， 这避免了很多不必要的误解和麻烦 。

【科学家|最精确的时钟，2000万年误差不超过一秒】其实对于时间的讨论和定义 ， 从古至今一直都在持续着 。 牛顿就曾在《自然哲学的数学原理》中讨论这个问题 。 他认为时间是绝对的 ， 真实的和数学的 ， 并且均一的流动于任何外在的东西无关 ， 但是却可以通过物体的运动被感觉到 ， 并进行度量 。 那么以一秒钟为例 ， 我们到底该如何定义它的长短呢？最早的时候 ， 人们通过太阳的东升西落来判断一天的时间长短 ， 又因为一天被分为24小时 ， 一小时有60分钟 ， 一分钟等于60秒 ， 因此用地球自转一周的时间除以86400就可以得到一秒钟的时长 。 但是地球的自转并不稳定 ， 时快时慢 。 所以用这种方法计算出的秒长并不均匀 。 纵使采用平均数的方法得到相对稳定的时间 ， 但距离精准测量依然有很远的距离 。

直到1927年 ， 石英钟的出现才大大提升了钟表的精确度 。 石英晶体有一个非常特殊的性质 ， 在它的两侧交替导入正负电流 ， 就会出现每秒钟32768次的震动 。 那么利用触屏装置将这个频率降低到一赫兹 ， 再连接上动力装置 ， 将指针每一秒钟移动一次就可以得到一个石英钟表了 。 然而 ， 由于石英晶体本身的品质不够稳定 ， 所以得到的时间依然不够精准 。 英国格林尼治天文台当时使用的石英钟每天会有千分之一秒的误差 。 这个数值看似毫不起眼 ， 但却对科学计算和太空研究有着重要的影响 。

于是 ， 科学家们开始思考是否还存在着更加精细和稳定的周期呢？上世纪40年代末 ， 随着量子力学的发展 ， 美国科学家在微观领域发现了一个天然稳定的频率“电子跃迁频率” ， 核外电子在绕着原子核运动时 ， 他们携带的能量不同 ， 运行的轨道也就不同 。 这些轨道被称作能级 ， 想从低能级跃迁到高能级就需要吸收电磁波 。 反之 ， 从高能级回到低能级就会发射电磁波 。 而这当中的电磁波频率就是能级之差除以普朗克常数 。 也就是说 ， 对于同一种元素而言 ， 它的电子跃迁率是不会改变的 ， 并且在宇宙范围内都是一个固定值 。

因此在1967年 ， 国际计量大会重新定义了“一秒钟” ， 它就是铯-133原子基态的两个超精细能级间跃迁辐射振荡9192631770周所持续的时间 。 而这种利用原子稳定能级之间跃迁的计时方式就被称作原子钟 。 1995年 ， 法国利用激光冷却和囚禁原子的方法成功研制出了冷原子钟 ， 将原子中的水平又提升了一个数量级 。 说到这里 ， 可能很多人会有疑惑 ， 为什么要把一秒钟的精准提到如此之高 ， 到底有什么用呢？

首先 ， 更加精准和统一的计时装置为科学技术的研究计算和人们的日常生活带来了极大的便利 。 我国北斗卫星导航系统的心脏电是一块铷原子钟 ， 它的每一次跳动都决定着北斗卫星定位、测速和授时功能的精度 。 其次 ， 原子钟还成为科学家们研究宇宙天体和地形地貌的新型探索工具 。 虽然说前面提到牛顿认为时间是绝对的 ， 但是根据相对论可知 ， 时间并不是绝对均匀的流逝 ， 而是会受到不同引力条件的影响 。 也就是说 ， 利用超精密的原子钟能够探测到引力场之间的微小差异 。 基于这个思路 ， 科学家们可以通过探测时间的差异 ， 来研究宇宙天体变化引发的引力波现象 ， 还可以通过山峰和谷底的时间差异 ， 来测量山脉的高度 。

当然面对如此重要的原子钟 ， 我国也不甘示弱 ， 2007年中国计量科学研究院 ， M四 。 成功研制出“NIM4铯原子”喷泉钟 ， 实现了600万年不差一秒 。 我国也成为继法国、美国、德国之后第四个自主研制成功冷原子钟的国家 。 2010年 ， 推出“NIM5铯原子”喷泉钟 ， 更是将中国时间频率基准的准确度提高到了2000万年不差一秒 。 目前新一代的原子钟也已经进入到了调试阶段 ， 预计精确度将达到6000万不差一秒 。分页标题#e#

来源：(嘚儿架在路上)

【】网址：/a/2021/0214/kd710134.html

标题：科学家|最精确的时钟，2000万年误差不超过一秒