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，它無處不在，我們也會(huì)用稍縱即逝、白駒過隙、光陰似箭等成語形容時(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(jì)、年、月、日、時(shí)、分、秒來記錄時(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(zhǔn)點(diǎn)報(bào)時(shí)；奧運(yùn)會(huì)賽場上，蘇炳添在百米賽跑中跑出了9秒83的成績；今年10月16日0時(shí)23分，搭載神舟十三號載人飛船的運(yùn)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(jì)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(fù)規(guī)律來計(jì)時(shí)，其規(guī)律是相通的，這是人類對世界認(rèn)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(nèi)部也是一個(gè)復(fù)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(dāng)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，就是我們所說的振蕩頻率，它非常的穩(wěn)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(wěn)定的電磁振蕩之后，問題又來了，如何將這個(gè)穩(wěn)定的振蕩頻率從原子中提取出來呢？我們在此以銣原子鐘為例進(jìn)行說明。我們將一群銣原子囚禁起來，并放在一個(gè)特定的激光場中，銣原子內(nèi)的電子吸收激光場的能量，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(dāng)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，當(dāng)微波場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)，銣原子又要開始吸收光子，激光場能量發(fā)生波動(dòng)。因此，隨著我們改變微波場的頻率，當(dāng)檢測到激光光強(qiáng)變?nèi)鯐r(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(biāo)尺來測量時(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(xì)微的一把尺子來衡量時(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(zhǔn)

那么，原子鐘究竟有多準(zhǔn)呢，讓我們來跟機(jī)械手表、石英鐘對比一下，當(dāng)我們帶著機(jī)械手表開著車，繞著北京四環(huán)跑一圈，大概一個(gè)小時(shí)吧，機(jī)械手表就偏差了一秒；對于石英鐘來說，偏差1秒差不多需要270年，也就是說，假如我們帶著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，3000萬年，假如我們送給地球上最后一只霸王龍一臺(tái)原子鐘，那么，到2021年的今天，這臺(tái)原子鐘只偏差了2秒。

4、研制一臺(tái)原子鐘有多難

研制一臺(tái)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(nèi)部結(jié)構(gòu)，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，又有著不同的脾氣與秉性，需要被區(qū)別對待。

在選定了原子之后呢，就要抓住他們，有的原子可以通過加熱的方法，把他們趕進(jìn)一個(gè)小房子內(nèi)；有的呢，則需要?jiǎng)佑梦覀兊募す馕淦?，用激光將他們困住。?dāng)然，隨著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(gòu)造一個(gè)恒溫空調(diào)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)吹過帶來的涼爽所影響。然后，他們還需要一個(gè)能夠屏蔽外界所有磁信號的保護(hù)層，我們知道，地球自身存在磁場，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)帶來原子性能上的差異。

解決完原子的問題之后呢，我們又需要把它的振蕩信號提取出來，就好像我們要在原子房子的周圍進(jìn)行配套設(shè)施建設(shè)，這時(shí)，科研工作者面臨的問題就更多了，他們需要用到激光光譜學(xué)、電學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等眾多學(xué)科的知識?？梢哉f，每一個(gè)原子鐘研發(fā)人員，都有著三頭六臂呢。

一臺(tái)原子鐘，可能會(huì)用到幾十顆甚至數(shù)百顆螺絲釘，數(shù)百個(gè)電子元器件，經(jīng)過上千次測試驗(yàn)證，凝結(jié)著無數(shù)科研工作者的心血。

5、應(yīng)用情況

與生活中常見的手表等時(shí)鐘不同，我們在生活中很難看到原子鐘的真面目，甚至?xí)驗(yàn)樘叽笊狭硕械胶苓b遠(yuǎn)。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)播開始前，會(huì)有一個(gè)熟悉的聲音響起“現(xiàn)在是北京晚上7點(diǎn)整”，北京時(shí)間哪里來的？就是我們的原子鐘組提供的。再比如，我們?nèi)粘Ｉ钪须x不開的導(dǎo)航系統(tǒng)，也用到了原子鐘。導(dǎo)航系統(tǒng)通過測量衛(wèi)星與用戶之間的距離來定位，距離的測量離不開時(shí)間。在每一顆導(dǎo)航衛(wèi)星上，都配備著若干原子鐘，精確的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)使得導(dǎo)航精度控制在米量級。試想一下，如果沒有原子鐘，導(dǎo)航系統(tǒng)誤差將大大增加，駕駛車輛時(shí)，跟著導(dǎo)航系統(tǒng)卻走錯(cuò)了路、走著走著撞了墻這種事會(huì)經(jīng)常發(fā)生。此外，如果沒有原子鐘，電網(wǎng)調(diào)節(jié)時(shí)間出現(xiàn)偏差，可能會(huì)導(dǎo)致電機(jī)故障；金融系統(tǒng)時(shí)間不同步，可能會(huì)導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)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(jié)尾

浩瀚的宇宙中藏著未知的秘密，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，這些對未知的向往，使人類從未停止對時(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(tái)臺(tái)服務(wù)生活的原子鐘，是航天事業(yè)工作者不懈努力的結(jié)果，是繼續(xù)前進(jìn)的動(dòng)力，更是航天精神的映照。