逝者如斯夫，不舍晝夜。對(duì)于兩千多年前的古人來說，時(shí)間就是晝夜交替。對(duì)于今天的科學(xué)家而言，時(shí)間是原子的“跳動(dòng)”。

在中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院，有一種特殊的計(jì)時(shí)設(shè)備——鍶原子光晶格鐘。它以鍶原子的躍遷頻率作為時(shí)間計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。而且，可以把時(shí)間測(cè)量的準(zhǔn)確度提高到35億年不差一秒。

時(shí)間這么精確有什么用？大有用處！而且，科技越發(fā)展，用處越大！

就拿已深入每個(gè)人生活的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)來說，精密時(shí)間測(cè)量發(fā)揮了重要作用。導(dǎo)航系統(tǒng)需要多顆導(dǎo)航衛(wèi)星組網(wǎng)運(yùn)行，每顆衛(wèi)星上都放置有特殊的高準(zhǔn)確度的鐘，將時(shí)間發(fā)送到地面。科研人員根據(jù)接收到不同衛(wèi)星信號(hào)的時(shí)間差和坐標(biāo)，計(jì)算出地面的具體位置。在這個(gè)過程中，時(shí)間越精確，時(shí)間差的測(cè)量誤差就越小，定位的準(zhǔn)度就越高。

中國(guó)計(jì)量院時(shí)間頻率研究所所長(zhǎng)房芳告訴記者，高精度的時(shí)間測(cè)量還在5G通信、航天發(fā)射和測(cè)控、智慧城市等領(lǐng)域有著不可替代的作用。

不過，要實(shí)現(xiàn)高精度的時(shí)間測(cè)量，并不容易。在很長(zhǎng)的歷史里，人類計(jì)時(shí)一直用的是天文秒。就是將地球自轉(zhuǎn)的周期等分為86400份，據(jù)此得到秒長(zhǎng)。天文秒取決于地球運(yùn)動(dòng)的周期，會(huì)隨地球運(yùn)動(dòng)速率的變化而變化，不夠穩(wěn)定，這自然也會(huì)影響其準(zhǔn)確度。

隨著量子物理的發(fā)展，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)某些量子現(xiàn)象的穩(wěn)定性遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于天文現(xiàn)象，非常適合作為時(shí)間頻率基準(zhǔn)，于是提出原子秒，并將其定義到銫-133原子躍遷頻率上，即銫-133原子振蕩91億9263萬1770次為1秒。中國(guó)計(jì)量院研制的銫原子噴泉鐘，準(zhǔn)確度達(dá)到6000萬年不差一秒。

銫原子噴泉鐘屬于微波鐘，它采用的是原子躍遷吸收微波波段的頻率。“而鍶原子光晶格鐘的光學(xué)頻率比微波頻率更穩(wěn)定，穩(wěn)定度提高后，準(zhǔn)確度也相應(yīng)會(huì)提高，因此其準(zhǔn)確度可以高幾個(gè)量級(jí)?！狈糠冀忉專@種基于光學(xué)頻率的原子鐘又被稱為光鐘。

中國(guó)計(jì)量院從2005年開始自主研制鍶原子光晶格鐘，并不斷改進(jìn)，相對(duì)頻率準(zhǔn)確度目前可達(dá)到10-18秒，相當(dāng)于35億年不差一秒，未來還可能提高到上百億年不差一秒。

目前，科學(xué)界正在探討未來進(jìn)一步修改秒的定義的方案，使時(shí)間測(cè)量更精準(zhǔn)。鍶原子光晶格鐘等光鐘，頻率更穩(wěn)定，測(cè)量的結(jié)果也更準(zhǔn)確，為進(jìn)一步修改秒定義提供了現(xiàn)實(shí)可能性。

當(dāng)然，光鐘更加直接的作用，是作為時(shí)間頻率計(jì)量的基準(zhǔn)。鐘表走得快了還是慢了，必須有一個(gè)最終的參照，光鐘就承擔(dān)這樣的角色。

光鐘還可以用來探測(cè)引力波。引力波出現(xiàn)時(shí)會(huì)改變引力勢(shì)，而引力勢(shì)會(huì)改變光鐘的頻率。光鐘的準(zhǔn)度越高，越有利于探測(cè)引力波。此外，光鐘在驗(yàn)證相對(duì)論、檢驗(yàn)物理常數(shù)變化、發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)等前沿物理領(lǐng)域都可以發(fā)揮重要作用。

逝者如斯夫，我們的科研人員正在為實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的時(shí)間測(cè)量而不舍晝夜地工作著。(來源：《光明日?qǐng)?bào)》2022年05月07日 01版 作者：陳海波)