一級計量師

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精確的時間誤差

現(xiàn)代時間計量中的基本單位——秒，同克和米一樣，被人們在日常生活中廣泛應(yīng)用。石英鐘、石英表每月僅有幾秒的誤差，人們覺得很滿意。但在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，有時哪怕是百萬分之一秒的誤差，情況就會完全不同。例如百米賽跑，在現(xiàn)在運動水平上，有時精確到十分之一秒還難決出高低，必須精確到百分之一秒才能選出優(yōu)勝者?，F(xiàn)代魚雷用一種高速****引爆，從引爆到爆炸只要二十幾個微秒。宇宙航行，對于時間要求更高。發(fā)射衛(wèi)星時，各種復(fù)雜的測量儀器控制設(shè)備，放在不同距離的位置上，他們必須在規(guī)定的時間內(nèi)開始工作，并且運行中時差不能超過幾萬分之一秒；回收衛(wèi)星時，要嚴格控制反推火箭的點火時間，否則就“差之毫厘，謬之千里”，落下來的衛(wèi)星不知跑到哪里去了。因此，每一過程都需經(jīng)過精密的時間計量。另外大地測量、天文觀察、星際通訊、交通管理、鐵路運輸、石油勘探……都和精密的時間計量密不可分，都需要相對精確的時間標(biāo)準(zhǔn)。

同任何一門學(xué)科一樣，精確的時間也隨著社會的需求，被提高到一個又一個新的準(zhǔn)確度等級。激光冷卻與囚禁原子是近十幾年發(fā)展起來的精密時間計量的一種物理方法，在激光對原子的作用下，不但使原子減速，甚至可使氣體原子冷卻到幾乎停止不動，這樣就可精密地對原子觀察和測量。這種原子狀態(tài)可以做成精確達千萬年不差1秒的原子鐘。

1949年，美國標(biāo)準(zhǔn)局依據(jù)一個氮原子在一個氨分子中的振蕩頻率來確定時間，制造出一座原子鐘，其誤差每3年為1秒。五年后，英國皇家物理實驗室把銫原子用到時鐘上，做成了世界上第一座銫原子鐘，其誤差30萬年為1秒。目前，中國計量科學(xué)研究院的銫原子計時基準(zhǔn)鐘，是我國自己建造的大型銫原子鐘，其誤差達到1×10-14，30萬年為1秒，均躋身于世界先進行列。后來，其它類型的原子鐘相繼問世。事實上，當(dāng)原子鐘作為時間計量的基準(zhǔn)器以后，計量人員仍在致力于進一步改善生活中現(xiàn)有原子鐘各項性能指標(biāo)，并積極探索新的計時標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)目前實驗室工作和理論分析提出的新原理、新方法主要有：利用鉈元素研制“鉈原子鐘”；利用鎂和鈣的亞毫米束研制“鎂和鈣原子鐘”；利用離子的特殊結(jié)構(gòu)研制“離子鐘”；利用激光頻率標(biāo)準(zhǔn)研制“光子鐘”。現(xiàn)在上海天文臺制造的一臺氫原子鐘，誤差達到1000萬年僅有1秒。當(dāng)前，世界上銫原子鐘振蕩頻率通常是數(shù)納秒？穴1秒的10億分之一？雪，是通過調(diào)整超高頻激光，使之和銫原子發(fā)射的光波頻率相匹配而實現(xiàn)的，準(zhǔn)確度可比最好的銫原子鐘高1000倍。

前幾年，有位德國科學(xué)家說他發(fā)現(xiàn)了第109號新元素，這種新元素？穴尚未命名？雪的壽命只有五億分之一秒?？上攵绻麤]有高精度的計時鐘，人們難以研究物質(zhì)的微觀變化及其特性，就不會有新元素的發(fā)現(xiàn)，科學(xué)技術(shù)也不會迅猛地向前發(fā)展?？茖W(xué)家們還預(yù)言，某些介子的壽命比這還短，大約只有0？郾14×10-25秒。這大概是人類將遇到的最短的時間誤差，他將是時間計量史上又一次新的革命。

據(jù)有關(guān)資料報道，美國科學(xué)家正在研制一座幾乎沒有誤差的鐘，其原理是：將水銀在真空中冷卻至接近絕對零度？穴攝氏零下273度？雪，此時，其振蕩頻率恒定。因此，該鐘的誤差100億年為1秒。多么精確的時間誤差？選這就是時間計量史上的一次又一次的無聲革命！

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