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

在中國計量科學(xué)研究院，有一種特殊的計時(shí)設備——鍶原子光晶格鐘。它以鍶原子的躍遷頻率作為時(shí)間計量標準。而且，可以把時(shí)間測量的準確度提高到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)人生活的全球衛星導航系統來(lái)說(shuō)，精密時(shí)間測量發(fā)揮了重要作用。導航系統需要多顆導航衛星組網(wǎng)運行，每顆衛星上都放置有特殊的高準確度的鐘，將時(shí)間發(fā)送到地面?？蒲腥藛T根據接收到不同衛星信號的時(shí)間差和坐標，計算出地面的具體位置。在這個(gè)過(guò)程中，時(shí)間越精確，時(shí)間差的測量誤差就越小，定位的準度就越高。

中國計量院時(shí)間頻率研究所所長(cháng)房芳告訴記者，高精度的時(shí)間測量還在5G通信、航天發(fā)射和測控、智慧城市等領(lǐng)域有著(zhù)不可替代的作用。

不過(guò)，要實(shí)現高精度的時(shí)間測量，并不容易。在很長(cháng)的歷史里，人類(lèi)計時(shí)一直用的是天文秒。就是將地球自轉的周期等分為86400份，據此得到秒長(cháng)。天文秒取決于地球運動(dòng)的周期，會(huì )隨地球運動(dòng)速率的變化而變化，不夠穩定，這自然也會(huì )影響其準確度。

隨著(zhù)量子物理的發(fā)展，科學(xué)家發(fā)現某些量子現象的穩定性遠遠優(yōu)于天文現象，非常適合作為時(shí)間頻率基準，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(wàn)1770次為1秒。中國計量院研制的銫原子噴泉鐘，準確度達到6000萬(wàn)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?！岸J原子光晶格鐘的光學(xué)頻率比微波頻率更穩定，穩定度提高后，準確度也相應會(huì )提高，因此其準確度可以高幾個(gè)量級?！狈糠冀忉?zhuān)@種基于光學(xué)頻率的原子鐘又被稱(chēng)為光鐘。

中國計量院從2005年開(kāi)始自主研制鍶原子光晶格鐘，并不斷改進(jìn)，相對頻率準確度目前可達到10-18秒，相當于35億年不差一秒，未來(lái)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(lái)進(jìn)一步修改秒的定義的方案，使時(shí)間測量更精準。鍶原子光晶格鐘等光鐘，頻率更穩定，測量的結果也更準確，為進(jìn)一步修改秒定義提供了現實(shí)可能性。

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

光鐘還可以用來(lái)探測引力波。引力波出現時(shí)會(huì )改變引力勢，而引力勢會(huì )改變光鐘的頻率。光鐘的準度越高，越有利于探測引力波。此外，光鐘在驗證相對論、檢驗物理常數變化、發(fā)現暗物質(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)現更精準的時(shí)間測量而不舍晝夜地工作著(zhù)。(來(lái)源：《光明日報》2022年05月07日 01版 作者：陳海波)