一级计量师

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精确的时间误差

现代时间计量中的基本单位——秒，同克和米一样，被人们在日常生活中广泛应用。石英钟、石英表每月仅有几秒的误差，人们觉得很满意。但在科学技术领域，有时哪怕是百万分之一秒的误差，情况就会完全不同。例如百米赛跑，在现在运动水平上，有时精确到十分之一秒还难决出高低，必须精确到百分之一秒才能选出优胜者。现代鱼雷用一种高速****引爆，从引爆到爆炸只要二十几个微秒。宇宙航行，对于时间要求更高。发射卫星时，各种复杂的测量仪器控制设备，放在不同距离的位置上，他们必须在规定的时间内开始工作，并且运行中时差不能超过几万分之一秒；回收卫星时，要严格控制反推火箭的点火时间，否则就“差之毫厘，谬之千里”，落下来的卫星不知跑到哪里去了。因此，每一过程都需经过精密的时间计量。另外大地测量、天文观察、星际通讯、交通管理、铁路运输、石油勘探……都和精密的时间计量密不可分，都需要相对精确的时间标准。

同任何一门学科一样，精确的时间也随着社会的需求，被提高到一个又一个新的准确度等级。激光冷却与囚禁原子是近十几年发展起来的精密时间计量的一种物理方法，在激光对原子的作用下，不但使原子减速，甚至可使气体原子冷却到几乎停止不动，这样就可精密地对原子观察和测量。这种原子状态可以做成精确达千万年不差1秒的原子钟。

1949年，美国标准局依据一个氮原子在一个氨分子中的振荡频率来确定时间，制造出一座原子钟，其误差每3年为1秒。五年后，英国皇家物理实验室把铯原子用到时钟上，做成了世界上第一座铯原子钟，其误差30万年为1秒。目前，中国计量科学研究院的铯原子计时基准钟，是我国自己建造的大型铯原子钟，其误差达到1×10-14，30万年为1秒，均跻身于世界先进行列。后来，其它类型的原子钟相继问世。事实上，当原子钟作为时间计量的基准器以后，计量人员仍在致力于进一步改善生活中现有原子钟各项性能指标，并积极探索新的计时标准。根据目前实验室工作和理论分析提出的新原理、新方法主要有：利用铊元素研制“铊原子钟”；利用镁和钙的亚毫米束研制“镁和钙原子钟”；利用离子的特殊结构研制“离子钟”；利用激光频率标准研制“光子钟”。现在上海天文台制造的一台氢原子钟，误差达到1000万年仅有1秒。当前，世界上铯原子钟振荡频率通常是数纳秒？穴1秒的10亿分之一？雪，是通过调整超高频激光，使之和铯原子发射的光波频率相匹配而实现的，准确度可比最好的铯原子钟高1000倍。

前几年，有位德国科学家说他发现了第109号新元素，这种新元素？穴尚未命名？雪的寿命只有五亿分之一秒。可想而知，如果没有高精度的计时钟，人们难以研究物质的微观变化及其特性，就不会有新元素的发现，科学技术也不会迅猛地向前发展。科学家们还预言，某些介子的寿命比这还短，大约只有0？郾14×10-25秒。这大概是人类将遇到的最短的时间误差，他将是时间计量史上又一次新的革命。

据有关资料报道，美国科学家正在研制一座几乎没有误差的钟，其原理是：将水银在真空中冷却至接近绝对零度？穴摄氏零下273度？雪，此时，其振荡频率恒定。因此，该钟的误差100亿年为1秒。多么精确的时间误差？选这就是时间计量史上的一次又一次的无声革命！

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