什么是時(shí)間呢，有人低頭望向了手表，對，時(shí)鐘會(huì )告訴我們時(shí)間，它無(wú)處不在，我們也會(huì )用稍縱即逝、白駒過(guò)隙、光陰似箭等成語(yǔ)形容時(shí)間的流逝。站在科學(xué)和技術(shù)的角度上呢，時(shí)間是這樣被定義的，它作為一個(gè)尺度，用于比較事件發(fā)生的先后。在確定時(shí)間起點(diǎn)之后，用世紀、年、月、日、時(shí)、分、秒來(lái)記錄時(shí)刻值，就好像一把尺子。

這就與我們的生活息息相關(guān)了，例如，每天晚上7點(diǎn)，新聞聯(lián)播準點(diǎn)報時(shí)；奧運會(huì )賽場(chǎng)上，蘇炳添在百米賽跑中跑出了9秒83的成績(jì)；今年10月16日0時(shí)23分，搭載神舟十三號載人飛船的運載火箭發(fā)射成功。

1、發(fā)展歷史

那么，如何對時(shí)間進(jìn)行衡量呢？答案就是時(shí)鐘。 回看計時(shí)工具的發(fā)展歷程，不論是日晷、擺鐘、石英鐘還是原子鐘，都是利用自然界中的重復規律來(lái)計時(shí)，其規律是相通的，這是人類(lèi)對世界認識不斷提升的成果，也是自然界留給我們丈量宇宙的尺子。

2、工作原理

原子鐘的工作原理呢，原子是組成物質(zhì)的非常微小的粒子，在宇宙形成之初便存在了。原子雖小，其內部也是一個(gè)復雜且精彩的世界。原子由原子核及在核外沿軌道飛行的電子組成。電子有自己固定的若干個(gè)飛行軌道，當其從一個(gè)軌道跳變到另一個(gè)軌道時(shí)，能量會(huì )發(fā)生改變，需要吸收或釋放電磁波，而這個(gè)電磁波，就是我們所說(shuō)的振蕩頻率，它非常的穩定，即同一種原子，電子在兩個(gè)固定軌道間跳變時(shí)，吸收或釋放的振蕩頻率是相同的。

有了穩定的電磁振蕩之后，問(wèn)題又來(lái)了，如何將這個(gè)穩定的振蕩頻率從原子中提取出來(lái)呢？我們在此以銣原子鐘為例進(jìn)行說(shuō)明。我們將一群銣原子囚禁起來(lái)，并放在一個(gè)特定的激光場(chǎng)中，銣原子內的電子吸收激光場(chǎng)的能量，即光子，電子便偏離自己本身的軌道，跳變到另一個(gè)軌道上，當所有的銣原子都完成這一步驟后，便不再會(huì )吸收光子了，這時(shí)，激光場(chǎng)的能量不再發(fā)生變化。

此時(shí)，我們利用電磁學(xué)手段給銣原子加上一個(gè)微波場(chǎng)，當微波場(chǎng)的頻率與銣原子的振蕩頻率相等時(shí)，銣原子中的電子會(huì )紛紛從新軌道跳回最初的軌道上，這時(shí)，銣原子又要開(kāi)始吸收光子，激光場(chǎng)能量發(fā)生波動(dòng)。因此，隨著(zhù)我們改變微波場(chǎng)的頻率，當檢測到激光光強變弱時(shí)，便得到了銣原子的振蕩頻率。有了這個(gè)頻率之后，我們便可以將它作為標尺來(lái)測量時(shí)間。

必須要指出的是，這把尺子非同一般。原子的振蕩頻率非常的快，我們把它和單擺作一下比較，單擺幾秒鐘擺動(dòng)一下，而銣原子產(chǎn)生的電磁振蕩，一秒鐘擺動(dòng)了10的9次方，也即10億次。用如此細微的一把尺子來(lái)衡量時(shí)間，難怪時(shí)間的測量精度如此的高呢。

3、原子鐘究竟有多準

那么，原子鐘究竟有多準呢，讓我們來(lái)跟機械手表、石英鐘對比一下，當我們帶著(zhù)機械手表開(kāi)著(zhù)車(chē)，繞著(zhù)北京四環(huán)跑一圈，大概一個(gè)小時(shí)吧，機械手表就偏差了一秒；對于石英鐘來(lái)說(shuō)，偏差1秒差不多需要270年，也就是說(shuō)，假如我們帶著(zhù)一塊石英鐘回到清朝，在乾隆下江南偶遇夏雨荷時(shí)送給她，那么，到2021年的今天，這塊表只偏差了1秒；原子鐘偏差一秒需要多久呢，3000萬(wàn)年，假如我們送給地球上最后一只霸王龍一臺原子鐘，那么，到2021年的今天，這臺原子鐘只偏差了2秒。

4、研制一臺原子鐘有多難

研制一臺原子鐘有多難呢，首先，我們需要對原子有充分的了解，包括物理、化學(xué)性質(zhì)，內部結構，電子特性等等，進(jìn)而選出適合研制原子鐘的原子，放眼元素周期表上一百多種元素，適合研制原子鐘的只有十余種，而這些原子，又有著(zhù)不同的脾氣與秉性，需要被區別對待。

在選定了原子之后呢，就要抓住他們，有的原子可以通過(guò)加熱的方法，把他們趕進(jìn)一個(gè)小房子內；有的呢，則需要動(dòng)用我們的激光武器，用激光將他們困住。當然，隨著(zhù)科研工作者的不斷探索與努力，抓原子的方式的，也在不斷更新。

這些原子呢，非常的嬌貴、靈敏，外界一點(diǎn)點(diǎn)風(fēng)吹草動(dòng)，他們就會(huì )受到影響，因此，抓住原子之后呢，我們還要保證他們不被外界打擾。

首先，我們要為他們構造一個(gè)恒溫空調房，讓他們感受到恒定舒適的溫度，不會(huì )被晝夜溫差、一陣風(fēng)吹過(guò)帶來(lái)的涼爽所影響。然后，他們還需要一個(gè)能夠屏蔽外界所有磁信號的保護層，我們知道，地球自身存在磁場(chǎng)，我們使用的電器、通信工具等，也都會(huì )發(fā)射或接受電磁波，這些，都會(huì )帶來(lái)原子性能上的差異。

解決完原子的問(wèn)題之后呢，我們又需要把它的振蕩信號提取出來(lái)，就好像我們要在原子房子的周?chē)M(jìn)行配套設施建設，這時(shí)，科研工作者面臨的問(wèn)題就更多了，他們需要用到激光光譜學(xué)、電學(xué)、結構力學(xué)等眾多學(xué)科的知識?？梢哉f(shuō)，每一個(gè)原子鐘研發(fā)人員，都有著(zhù)三頭六臂呢。

一臺原子鐘，可能會(huì )用到幾十顆甚至數百顆螺絲釘，數百個(gè)電子元器件，經(jīng)過(guò)上千次測試驗證，凝結著(zhù)無(wú)數科研工作者的心血。

5、應用情況

與生活中常見(jiàn)的手表等時(shí)鐘不同，我們在生活中很難看到原子鐘的真面目，甚至會(huì )因為太高大上了而感到很遙遠。但其實(shí)，原子鐘非常的接地氣，離我們很近很近。

我舉幾個(gè)例子，每天晚上7點(diǎn)，新聞聯(lián)播開(kāi)始前，會(huì )有一個(gè)熟悉的聲音響起“現在是北京晚上7點(diǎn)整”，北京時(shí)間哪里來(lái)的？就是我們的原子鐘組提供的。再比如，我們日常生活中離不開(kāi)的導航系統，也用到了原子鐘。導航系統通過(guò)測量衛星與用戶(hù)之間的距離來(lái)定位，距離的測量離不開(kāi)時(shí)間。在每一顆導航衛星上，都配備著(zhù)若干原子鐘，精確的時(shí)間標準使得導航精度控制在米量級。試想一下，如果沒(méi)有原子鐘，導航系統誤差將大大增加，駕駛車(chē)輛時(shí)，跟著(zhù)導航系統卻走錯了路、走著(zhù)走著(zhù)撞了墻這種事會(huì )經(jīng)常發(fā)生。此外，如果沒(méi)有原子鐘，電網(wǎng)調節時(shí)間出現偏差，可能會(huì )導致電機故障；金融系統時(shí)間不同步，可能會(huì )導致巨大的經(jīng)濟損失；各地交通體系時(shí)間有差異，可能會(huì )造成交通事故。

6、結尾

浩瀚的宇宙中藏著(zhù)未知的秘密，我們渴望知道黑洞里面是什么樣子，我們渴望看到引力波的痕跡，我們也渴望與地球外生物對話(huà)，這些對未知的向往，使人類(lèi)從未停止對時(shí)間頻率測量精度的追求，原子鐘精度的記錄還在被不斷刷新。一臺臺服務(wù)生活的原子鐘，是航天事業(yè)工作者不懈努力的結果，是繼續前進(jìn)的動(dòng)力，更是航天精神的映照。