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热搜冷原子,让你涨知识

时间:2021-05-14发布者:国家授时中心浏览次数:280次

   时间,是表征物质运动的最基本物理量,它以完美的线性和连续性展示着客观世界的变化。钟,是人类为了精准度量时间而发明的仪器,从日晷、沙漏、水钟、机械钟、石英钟、再到原子钟,钟的发展,体现着人类在探索自然奥妙过程中所展现出来的超高智慧。

   无论钟以何种形态呈现,它都是以物体在特定条件下的振荡频率来刻画时间的长短。例如单摆,如果摆动一次是一秒,摆动100次就是100秒。

   那么,迄今为止人们都用过什么样的钟表?它们的准确度又是怎样的?

   从石英钟到原子钟:计时方式的精准化;


   人们发现当石英晶体受到电池的电力影响时,就会产生规律的振动,每振动2.3万次,就会是1秒,这就有了石英钟。目前,最好的石英钟,每天的计时能精准到十万分之一秒,也就是经过差不多270年才差1秒。

   由于人们总想把时间计得更准,如何将振荡频率记得更准,以及如何将1秒划分得更精细,成为了时钟技术的发展目标。于是具有更高精度的原子钟开始出现。

   量子物理发现,原子内部存在着一些分立的能态,当原子中电子从一个能态“掉落”到低能态时,它便会释放电磁波。这种电磁波的特征频率对应了分立能态之间的能量差,理想情况下是固定不变的,又称为原子的固有共振频率。因此,科学家们利用原子中电子能级跃迁时的共振频率作为精确的时间标准,这就是所谓的原子钟。原子钟说到底就是利用原子中电子轨道做的原子单摆。

   在1963年召开的第13届国际计量大会上,科学家们给1秒钟时间的长短下了定义,即铯原子Cs-133基态的两个超精细能级间跃迁辐射振荡9192631770周所持续的时间为1秒。这个标准一直沿用至今。目前铯原子钟的计时精度已达到3千万年不差1秒,是国际计量局用以维持标准时间的主要基准钟。

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