江蘇省計量測試技術(shù)研究所　龍　敏

　　現代時(shí)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用。石英鐘、石英表每月僅有幾秒的誤差，人們覺(jué)得很滿(mǎn)意。但在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，有時(shí)哪怕是百萬(wàn)分之一秒的誤差，情況就會(huì )完全不同。例如百米賽跑，在現在運動(dòng)水平上，有時(shí)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代魚(yú)雷用一種高速炸藥引爆，從引爆到爆炸只要二十幾個(gè)微秒。宇宙航行，對于時(shí)間要求更高。發(fā)射衛星時(shí)，各種復雜的測量?jì)x器控制設備，放在不同距離的位置上，他們必須在規定的時(shí)間內開(kāi)始工作，并且運行中時(shí)差不能超過(guò)幾萬(wàn)分之一秒；回收衛星時(shí)，要嚴格控制反推火箭的點(diǎn)火時(shí)間，否則就“差之毫厘，謬之千里”，落下來(lái)的衛星不知跑到哪里去了。因此，每一過(guò)程都需經(jīng)過(guò)精密的時(shí)間計量。另外大地測量、天文觀(guān)察、星際通訊、交通管理、鐵路運輸、石油勘探……都和精密的時(shí)間計量密不可分，都需要相對精確的時(shí)間標準。
同任何一門(mén)學(xué)科一樣，精確的時(shí)間也隨著(zhù)社會(huì )的需求，被提高到一個(gè)又一個(gè)新的準確度等級。激光冷卻與囚禁原子是近十幾年發(fā)展起來(lái)的精密時(shí)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(dòng)，這樣就可精密地對原子觀(guān)察和測量。這種原子狀態(tài)可以做成精確達千萬(wàn)年不差１秒的原子鐘。

　　1949年，美國標準局依據一個(gè)氮原子在一個(gè)氨分子中的振蕩頻率來(lái)確定時(shí)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(shí)驗室把銫原子用到時(shí)鐘上，做成了世界上第一座銫原子鐘，其誤差３０萬(wàn)年為１秒。目前，中國計量科學(xué)研究院的銫原子計時(shí)基準鐘，是我國自己建造的大型銫原子鐘，其誤差達到１×１０－１４，３０萬(wàn)年為１秒，均躋身于世界先進(jìn)行列。后來(lái)，其它類(lèi)型的原子鐘相繼問(wèn)世。事實(shí)上，當原子鐘作為時(shí)間計量的基準器以后，計量人員仍在致力于進(jìn)一步改善生活中現有原子鐘各項性能指標，并積極探索新的計時(shí)標準。根據目前實(shí)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”；利用離子的特殊結構研制“離子鐘”；利用激光頻率標準研制“光子鐘”?，F在上海天文臺制造的一臺氫原子鐘，誤差達到１０００萬(wàn)年僅有１秒。當前，世界上銫原子鐘振蕩頻率通常是數納秒?穴１秒的１０億分之一?雪，是通過(guò)調整超高頻激光，使之和銫原子發(fā)射的光波頻率相匹配而實(shí)現的，準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(shuō)他發(fā)現了第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?，如果沒(méi)有高精度的計時(shí)鐘，人們難以研究物質(zhì)的微觀(guān)變化及其特性，就不會(huì )有新元素的發(fā)現，科學(xué)技術(shù)也不會(huì )迅猛地向前發(fā)展?？茖W(xué)家們還預言，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(lèi)將遇到的最短的時(shí)間誤差，他將是時(shí)間計量史上又一次新的革命。

　　據有關(guān)資料報道，美國科學(xué)家正在研制一座幾乎沒(méi)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(shí)，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(shí)間誤差?選這就是時(shí)間計量史上的一次又一次的無(wú)聲革命！