美国科学家制造出了世界最精确的时钟，每3亿年只差1秒。此新款原子钟比目前用于校对国际时区和卫星系统时间的原子钟还要精确二倍以上。像其前任一样，位于科罗拉多州大学的这台锶原子钟利用锶原子振动极度一致的自然属性，让振动原子来跟踪时间的流逝。在零下273度的低温下，让激光束夹持这些锶原子，其原子的“钟摆效应”将更为一致。 在这种低温下，所有的物质都将停止共振。

概述

历史沿革

应用

前景

概述

哥本哈根大学的核物理学家简·胡姆森教授说：“原子由原子核和电子组成，电子围绕原子核在精确的轨道上旋转。”胡姆森教授和美国科罗拉多州大学的科学家一同从事此原子钟的研发工作。他说：“通过聚集的激光束让电子在其精确的轨道之间来回摆动，就能形成此原子钟的钟摆。”

即使只将时间的准确度增加几分之一秒，这将在测定长距离方面大有用途，比如测量太空中遥远星系的距离。如今，此科学家小组还想进一步提高此原子钟的精确度。

历史沿革

在时间的长河里，1秒只不过时钟里简单的一声“滴答”。但对物理学家来说，对这一“滴答”声的定义和测量却走过了漫长路程：1960年以前，世界度量衡标准会议以地球自转为基础，定义平均太阳日之1/86400为秒的定义，即1秒是1/60分钟，1分钟是1/60小时，而1小时则是1/24天，因此，1秒等于1天的1/86400。但是，因为地球的运转速度及与太阳的距离在改变，所以，—个正午至第二个正午的时间，并非都一样长。

1960年至1967年间，世界度量衡标准会议改以地球公转为基础，定义1900年为平均太阳年，秒的定义更改为“太阳年之31556925.9747分之一”。

在1967年召开的第13届国际计量学大会上，秒的定义进入原子时代：1秒钟被定义为铯原子电子9192631770次的固有微小振荡频率，这个标准一直沿用至今。根据量子原理，同一原子的电子在不同能量态之间跃迁时所释放的电磁波是恒定的，所以可以用这种频率作为时间间隔的精确依据。

时间测量的精度也在不断提高。1350年，第一座机械闹钟出现在德国。1583年，伽利略发现单摆的摆动周期与振幅无关，这是时钟历史上的一大进步。1656年，荷兰天文学家、数学家惠更斯提出了单摆原理并制作了第一座自摆钟，从此，时钟误差可以秒来计算。到1762年，最好的机械表已经能够达到每3天才差1秒钟的精度，但在航空、航海和物理学研究领域还需要更精确的计时。

1945年，美国纽约哥伦比亚大学物理学家拉比提出用原子束磁共振技术来做原子钟的概念。1948年，NIST用氨分子作为磁振源，制成了世界上第一台原子钟。1952年，NIST制成第一台铯原子钟，将之命名为NBS-1(是以当时的美国国家标准局〈National Bureau of Standards〉命名，简称NBS)，这一命名规则一直延续到1975年的NBS-6。现在存放于NIST的铯原子钟为NIST-F1，精度为3000万年差一秒。

还有没有比这更精确的时钟呢？物理学家们上下求索。锶原子能级跃迁的速度比铯原子快1000倍，从理论上讲，锶原子钟比铯原子钟更准确，但是，锶原子钟制作落后于铯原子钟，因为测量频率如此之快的“滴答”声非常困难。

采用同样的原理，日本科学家曾在2005年创建出一台锶原子钟，但是这台钟对频率的测量误差为27赫兹。叶军的研究小组建造了更稳定的激光晶格，能够让光晶格更牢固，从而阻止锶原子因移动而干扰信号，他们的最新成果发表在2007年3月出版的《物理评论快报》(Physical Review Letters)上，其频率的不确定性被减小到0.4赫兹, 测量误差减小到1.1赫兹。

以前，卡尔·蔡司研究奖都颁发给具有很强应用前景的研究项目，如对眼睛的光力学治疗技术或蓝光二极管的发明，但2007年度的获奖成果却是纯粹的基础研究。

应用

这在远距离的摇控导航中尤其重要。计时越准确，目标的定位就越精确。比如，锶原子钟可用于做更好的全球卫星定位系统(GPS)，对30多年前发射的旅行者1号进行导航。

前景

精确计时还可用于对宇宙常数进行重新测量。2006年，physorg.com在评价叶军的超精确测量实验工作时曾指出：“这将有助于科学家们检验自然界中的精细结构常数从宇宙形成初期到现在130多亿年的时间是否在变。”“因为精细结构常在很多物理领域得到应用，所以对它的测量是检验已有物理理论是否一致的一种方法。

宇宙大爆炸理论认为，宇宙开始是一个无限小的奇点，突然爆炸后产生今天的世界，变化那么大，当时的常数有可能与现在的常数不一样。但高能物理又想将爱因斯坦的相对论引力场与量子力学结合起来，产生标准模型，大家去作不同的修正，在修正过程中会用不同的理论和常数。其中一个就是用基本常数来测量，如果真正测量出这些微小变化的量，那么会影响到我们对整个宇宙的理论。