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精確的時間誤差

現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。但在科學技術領域，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勝者。現代魚雷用一種高速****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。發射衛星時，各種復雜的測量儀器控制設備，放在不同距離的位置上，他們必須在規定的時間內開始工作，并且運行中時差不能超過幾萬分之一秒；回收衛星時，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”，落下來的衛星不知跑到哪里去了。因此，每一過程都需經過精密的時間計量。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準。

同任何一門學科一樣，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確度等級。激光冷卻與囚禁原子是近十幾年發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。這種原子狀態可以做成精確達千萬年不差1秒的原子鐘。

1949年，美國標準局依據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，中國計量科學研究院的銫原子計時基準鐘，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，當原子鐘作為時間計量的基準器以后，計量人員仍在致力于進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標準。根據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”；利用離子的特殊結構研制“離子鐘”；利用激光頻率標準研制“光子鐘”。現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，是通過調整超高頻激光，使之和銫原子發射的光波頻率相匹配而實現的，準確度可比最好的銫原子鐘高1000倍。

前幾年，有位德國科學家說他發現了第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。可想而知，如果沒有高精度的計時鐘，人們難以研究物質的微觀變化及其特性，就不會有新元素的發現，科學技術也不會迅猛地向前發展。科學家們還預言，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。

據有關資料報道，美國科學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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