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時間都去哪兒了？時間計量的前世今生
宇宙中一切物(wu)(wu)質的(de)(de)(de)(de)起源和消亡，世間一切事物(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)產生(sheng)(sheng)和終結，地球上一切生(sheng)(sheng)命(ming)的(de)(de)(de)(de)誕(dan)生(sheng)(sheng)和滅亡，所有(you)的(de)(de)(de)(de)這些(xie)與時(shi)(shi)間緊密相關。日(ri)(ri)月更替，斗(dou)轉星移，花開花落，人類數千年的(de)(de)(de)(de)文(wen)明在(zai)時(shi)(shi)間的(de)(de)(de)(de)長(chang)河中緩緩流(liu)淌，時(shi)(shi)間見證了(le)這一切的(de)(de)(de)(de)變(bian)化，而日(ri)(ri)益先進的(de)(de)(de)(de)人類文(wen)明使得我們能夠(gou)更準確的(de)(de)(de)(de)去(qu)感知時(shi)(shi)間。早在(zai)人類文(wen)明誕(dan)生(sheng)(sheng)之初(chu)，人類便開始通過對時(shi)(shi)間的(de)(de)(de)(de)計量來描述萬事萬物(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)變(bian)化，并(bing)由此(ci)誕(dan)生(sheng)(sheng)了(le)一系列精度越來越高的(de)(de)(de)(de)計時(shi)(shi)器具。

時間(jian)的計量發展歷程

遠古時(shi)期，人們(men)以太陽的東升西落作(zuo)為時(shi)間(jian)尺度，因(yin)此便(bian)有(you)“日(ri)出(chu)而作(zuo)，日(ri)落而息”的人類生(sheng)活；公元前二世(shi)(shi)紀，日(ri)晷(gui)出(chu)現(xian)，提(ti)高了(le)時(shi)間(jian)的計(ji)(ji)量精度；我國北宋(song)時(shi)期的能工(gong)巧匠(jiang)們(men)設(she)計(ji)(ji)出(chu)水鐘；六百(bai)多年(nian)前出(chu)現(xian)了(le)機械鐘；十七(qi)世(shi)(shi)紀，單擺被用于機械鐘的設(she)計(ji)(ji)，使其計(ji)(ji)時(shi)精度提(ti)高了(le)近百(bai)倍；二十世(shi)(shi)紀三十年(nian)代，石(shi)英(ying)鐘誕生(sheng)，計(ji)(ji)時(shi)精度進(jin)一步(bu)被提(ti)高。


這(zhe)些(xie)計時(shi)(shi)器具(ju)即我們概(gai)念中的(de)(de)“時(shi)(shi)鐘”，細數(shu)這(zhe)些(xie)鐘的(de)(de)發展，最古老(lao)的(de)(de)鐘追溯至太陽(yang)鐘，例如圭(gui)表、日(ri)晷。有(you)據可查(cha)的(de)(de)太陽(yang)鐘始于(yu)公元前(qian)2357-2258年的(de)(de)堯帝時(shi)(shi)期。《周(zhou)禮(li)?地(di)官(guan)(guan)?大司(si)徒》中有(you)“以土(tu)圭(gui)之法測土(tu)深，正(zheng)日(ri)景（影），以求地(di)中”。《春官(guan)(guan)?典瑞》中也提到了(le)“土(tu)圭(gui)以致四(si)時(shi)(shi)日(ri)月，封國則以土(tu)地(di)”。

 　　之(zhi)后出現水鐘(zhong)(zhong)，它屬于(yu)(yu)流體鐘(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)一(yi)種，除水鐘(zhong)(zhong)之(zhi)外，流體鐘(zhong)(zhong)還包括(kuo)沙(sha)鐘(zhong)(zhong)。水鐘(zhong)(zhong)和(he)沙(sha)鐘(zhong)(zhong)都是使用(yong)一(yi)定數量的(de)(de)(de)流體，通過測(ce)量流體在(zai)特定方(fang)式(shi)下流動所需的(de)(de)(de)時間來表示固定的(de)(de)(de)時間間隔，這類不(bu)依賴(lai)于(yu)(yu)天(tian)文現象的(de)(de)(de)“漏刻”計時儀器至(zhi)少有4000年的(de)(de)(de)歷(li)史(shi)了。我國最早的(de)(de)(de)機械鐘(zhong)(zhong)也(ye)出現在(zai)北宋時期，而歐洲(zhou)的(de)(de)(de)機械鐘(zhong)(zhong)出現于(yu)(yu)十三世紀(ji)，最早傳入(ru)我國的(de)(de)(de)機械鐘(zhong)(zhong)在(zai)明朝萬(wan)歷(li)年間，被獻于(yu)(yu)萬(wan)歷(li)皇帝。 

隨(sui)著社會發(fa)展(zhan)的需求(qiu)，對時(shi)鐘(zhong)精度的要(yao)求(qiu)越來(lai)越高，于(yu)是石(shi)英(ying)(ying)鐘(zhong)應運而生，它是通(tong)過石(shi)英(ying)(ying)鐘(zhong)內部(bu)穩定的石(shi)英(ying)(ying)振蕩器(qi)來(lai)計時(shi)的。隨(sui)著科技發(fa)展(zhan)的要(yao)求(qiu)，以(yi)及(ji)人類對精密測量(liang)的執(zhi)著追求(qiu)，石(shi)英(ying)(ying)鐘(zhong)逐漸不能滿足(zu)要(yao)求(qiu)，逐漸被(bei)精度高于(yu)它的鐘(zhong)所(suo)代替，例如原子鐘(zhong)。

 　　原(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)鐘(zhong)是(shi)利(li)用原(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)吸收或釋放能量(liang)時(shi)發出(chu)的(de)(de)(de)電(dian)磁波(bo)來計時(shi)。由于(yu)這(zhe)種輻射電(dian)磁波(bo)周期非(fei)常穩(wen)定，再加上利(li)用一(yi)系列(lie)精(jing)密的(de)(de)(de)儀(yi)器進行(xing)控制，原(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)鐘(zhong)的(de)(de)(de)計時(shi)就(jiu)可(ke)以非(fei)常準(zhun)確了。最初并且最常用于(yu)原(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)鐘(zhong)研制的(de)(de)(de)元(yuan)素有氫(qing)、銫(se)、銣(ru)等堿金(jin)屬。原(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)鐘(zhong)的(de)(de)(de)精(jing)度可(ke)以達到(dao)每100萬年才誤(wu)差1秒(miao)。1967年，銫(se)原(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)鐘(zhong)被用來進行(xing)“秒(miao)”定義，即為無干(gan)擾的(de)(de)(de)133Cs原(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)基(ji)態兩個(ge)超精(jing)細結構子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)能級之間微波(bo)頻率躍遷(qian)周期的(de)(de)(de)9,192,631,770倍(bei)，也(ye)就(jiu)是(shi)我們通常所說(shuo)的(de)(de)(de)國際原(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)時(shi)。從此開啟了原(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)“秒(miao)”的(de)(de)(de)時(shi)間計量(liang)標準(zhun)時(shi)代，直到(dao)現在的(de)(de)(de)“秒(miao)”定義仍(reng)由銫(se)原(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)噴泉鐘(zhong)保持(chi)。

脈(mo)沖星(xing)(xing)是另外一(yi)種(zhong)獨(du)特的(de)(de)(de)(de)時(shi)(shi)間計(ji)(ji)量器具，它是一(yi)種(zhong)高速旋轉的(de)(de)(de)(de)致密中子(zi)星(xing)(xing)，自轉周期非常穩(wen)(wen)定。通過對脈(mo)沖星(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)計(ji)(ji)時(shi)(shi)觀測(ce)，可(ke)(ke)以(yi)建立(li)高精度的(de)(de)(de)(de)時(shi)(shi)空參(can)考架。利用脈(mo)沖星(xing)(xing)鐘(zhong)建立(li)和保持的(de)(de)(de)(de)綜合(he)脈(mo)沖星(xing)(xing)時(shi)(shi)系統，有(you)可(ke)(ke)能比目前的(de)(de)(de)(de)原子(zi)時(shi)(shi)系統具有(you)更(geng)高的(de)(de)(de)(de)長期穩(wen)(wen)定度，并能獨(du)立(li)地檢測(ce)原子(zi)時(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)系統誤差。這種(zhong)獨(du)特的(de)(de)(de)(de)時(shi)(shi)間計(ji)(ji)量方式正(zheng)在被(bei)科學家(jia)們研究中。

  　　對于原(yuan)子鐘(zhong)(zhong)(zhong)，科學家不遺(yi)余力地進行(xing)探索并(bing)取得了巨大(da)的(de)(de)研究成果，他們研究出(chu)了比現行(xing)的(de)(de)基準鐘(zhong)(zhong)(zhong)——銫原(yuan)子鐘(zhong)(zhong)(zhong)精(jing)度更高的(de)(de)時鐘(zhong)(zhong)(zhong)，即光鐘(zhong)(zhong)(zhong)，銫鐘(zhong)(zhong)(zhong)作(zuo)為基準鐘(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)地位受到嚴重沖擊。光頻(pin)標的(de)(de)研究得到了大(da)力發展(zhan)，這種利用以原(yuan)子的(de)(de)光學波段(duan)共振頻(pin)率標準作(zuo)為時間頻(pin)率基準的(de)(de)鐘(zhong)(zhong)(zhong)——光學原(yuan)子鐘(zhong)(zhong)(zhong)，將人類對時間、頻(pin)率的(de)(de)測量精(jing)度又(you)大(da)大(da)的(de)(de)向前提(ti)升了一步！

因為原子(zi)(zi)(zi)鐘(zhong)在測(ce)量(liang)時間頻(pin)率(lv)時，它的(de)(de)“尺子(zi)(zi)(zi)”就(jiu)(jiu)是原子(zi)(zi)(zi)共振時發出的(de)(de)波(bo)長，波(bo)長越(yue)短意味著“尺子(zi)(zi)(zi)”的(de)(de)刻(ke)度(du)越(yue)精(jing)細，測(ce)量(liang)也就(jiu)(jiu)越(yue)精(jing)確(que)。光鐘(zhong)里(li)原子(zi)(zi)(zi)共振的(de)(de)波(bo)長要比(bi)微波(bo)原子(zi)(zi)(zi)鐘(zhong)里(li)的(de)(de)波(bo)長短5個(ge)量(liang)級！目前最新光鐘(zhong)的(de)(de)測(ce)量(liang)精(jing)度(du)已(yi)經比(bi)微波(bo)原子(zi)(zi)(zi)鐘(zhong)高出了100倍還多！隨著對光鐘(zhong)研究的(de)(de)深入，人們已(yi)廣(guang)泛預言在本世紀的(de)(de)第二個(ge)十年(nian)內光鐘(zhong)將被用(yong)于作為新的(de)(de)時間的(de)(de)定義。

李天(tian)初(chu)院士于2003年(nian)主持(chi)完(wan)成(cheng)世界(jie)第(di)4個激光(guang)冷(leng)卻(que)-銫(se)原(yuan)子噴泉(quan)(quan)鐘(zhong)，獲得(de)2006年(nian)國家科(ke)技進步(bu)獎(jiang)一等獎(jiang)。在(zai)此(ci)基礎(chu)上，研制了NIM5和NIM5-M 2臺第(di)二(er)型銫(se)噴泉(quan)(quan)鐘(zhong)，為北斗衛星的(de)地面時間系統(tong)提供計(ji)(ji)量支持(chi)和服(fu)務(wu)，迄今仍然是我國僅有(you)(you)的(de)通過(guo)驗收鑒定的(de)三臺噴泉(quan)(quan)鐘(zhong)。目前，“NIM5激光(guang)冷(leng)卻(que)-銫(se)原(yuan)子噴泉(quan)(quan)鐘(zhong)”不(bu)確定度為1.5×10-15秒，相當于2000萬年(nian)不(bu)差(cha)一秒，去(qu)年(nian)被接收為國際(ji)(ji)計(ji)(ji)量局認可(ke)的(de)基準鐘(zhong)之一，參與(yu)駕馭國際(ji)(ji)原(yuan)子時。我國對國際(ji)(ji)原(yuan)子時的(de)最終確定不(bu)僅具有(you)(you)了話語權，而且(qie)擁有(you)(you)了表決權。

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