江蘇省計量測試技術研究所　龍　敏

　　現(xiàn)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(xiàn)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(yōu)勝者?，F(xiàn)代魚雷用一種高速炸藥引爆，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(fā)射衛(wèi)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(guī)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(wèi)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(wèi)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(fā)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(tài)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(xiàn)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”?，F(xiàn)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(fā)射的光波頻率相匹配而實現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)，科學技術也不會迅猛地向前發(fā)展?？茖W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！