準确度最高的原子鐘?時間是什麼？或許有人會低頭看看手表，說出當下的時刻是的，時鐘會告訴我們時間，它是我們生活不可或缺的一部分在确定時間起點之後，用世紀、年、月、日、時、分、秒來記錄時刻值，就好像一把尺子，今天小編就來聊一聊關于準确度最高的原子鐘?接下來我們就一起去研究一下吧!

準确度最高的原子鐘

時間是什麼？或許有人會低頭看看手表，說出當下的時刻。是的，時鐘會告訴我們時間，它是我們生活不可或缺的一部分。在确定時間起點之後，用世紀、年、月、日、時、分、秒來記錄時刻值，就好像一把尺子。

當人類意識到時間的流逝，便開始利用周期性現象對時間進行追蹤。遠古時期，人類通過草木枯榮判定季節，通過觀察太陽、月亮在天空中的運動來判斷時間，日出而作，日落而息。後來，人們探索出了通過滴水來計時的水鐘，流沙計時的沙漏等。二戰後，美國國家物理實驗室研制出了世界上第一台原子鐘，但這個鐘需要一個房間的設備，複雜度過高，實用性不強，但代表了人類一個曆史性的跨越。1967年，秒長的定義溯源到了原子上。此後，各種原子鐘相繼問世，成了目前世界上最準确的計時工具，實用性也越來越高，能夠滿足多種場景的應用需求。

原子鐘其實離人們日常生活很近。例如，原子鐘在衛星導航系統中發揮着“心髒”般的作用。衛星導航使人們的日常生活變得非常便捷，當我們拿出手機打開導航軟件，能夠看到自己的地理位置，輸入目的地，導航軟件能夠規劃路線，且實時告訴我們需要向左轉還是向右轉。這是如何做到的呢？

我們先來看一下衛星導航與定位的原理。在三維空間中，建立坐标系，當已知3個點的坐标以及第四個未知點分别與已知點之間的距離，那麼未知點的坐标就可以被确定。同理，當我們在地球上仰望天空，至少能夠同時看到3顆衛星，衛星飛行在自己的軌道上，它的運行軌迹被編入星曆，同時接收3顆衛星發來的星曆，經過解算，可以知道衛星的位置。此外，還需要知道我們與衛星之間的距離，物理學知識告訴我們，距離等于速度乘以時間，光傳播速度是每秒30萬公裡，所以隻需要知道信号傳播時間就可以了。此時，我們發現，導航定位的關鍵便是時間的測量。

這就需要原子鐘隆重登場了，每顆衛星及地面站裡都配備了一組原子鐘，時間信号随星曆一同發送，在解算衛星位置的過程中，也能夠同時得到時間信息以及距離。這樣，我們的位置便可以被計算出來。

日常生活中的手機等電子産品，通常内置了導航模塊，能夠實時接收衛星發射的信号并依據一定的算法進行解算。于是，便有了我們對自身位置的實時掌控。如果原子鐘提供的時間誤差在1微秒，那麼定位誤差将高達300米。如果要達到米量級的導航，在不考慮其他誤差因素的情況下，原子鐘提供的時間誤差需保持在3納秒。也就是說，時間的精密測量決定了導航定位的精度，如果沒有原子鐘，就無法實現準确導航了。

原子鐘究竟有多準呢？讓我們來跟常見的機械手表、石英鐘對比一下。當我們帶着機械手表開着車，繞着北京四環跑1圈，大概1個小時吧，機械手表就偏差了1秒；對于石英鐘來說，偏差1秒差不多需要270年，也就是說，假如我們帶着一塊石英鐘回到清朝，在乾隆下江南偶遇夏雨荷時送給她，那麼，到2022年的今天，這塊表隻偏差了1秒；原子鐘偏差1秒需要多久呢，3000萬年！假如我們送給地球上最後一隻霸王龍一台原子鐘，那麼到今天，這台原子鐘隻偏差了2秒。

放眼元素周期表上100多種元素，适合研制原子鐘的隻有10餘種，而這些原子，又有着不同的脾氣與秉性，需要被小心翼翼地區别對待。因此，抓住原子之後呢，科學家還要保證它們不被外界磁場、電場、溫度變化等打擾。一台原子鐘的複雜程度也許會超出人們的想象，可能會用到數十顆螺絲釘，數百個電子元器件，經過上千次測試驗證，凝結着無數科研工作者的心血。

浩瀚宇宙中藏着未知的秘密，我們渴望知道黑洞裡面是什麼樣子，我們渴望看到引力波的痕迹，我們也渴望與地球外的生物對話，這些對未知的向往，使人類從未停止對時間頻率測量精度的追求，原子鐘精度的紀錄還在被不斷刷新。一台台服務生活的原子鐘，是航天事業工作者不懈努力的結果，是繼續前進的動力，更是航天精神的映照。

朱玺（中國航天科工二院203所設計師） 來源：中國青年報

來源：中國青年報

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