长河东流豆瓣:怎么测量世界上最准确的钟的误差

放上多年不动,然后再看不就能看出来了.

用生命

生物钟

生物钟

1.风速计
2.酸度计
3.硬度计
4.照度计
5.液位计
6.流量计
7.声级计
8.噪音计
9.频率计
10.真空计
世界上最精确的钟
从以地球自转为基准到机械钟、石英钟、原子钟的出现，人类在追求精确计时的道路上经历了巨大的飞跃。

人类的日常生活、科研、导航有测绘都离不开时间。时间计量涉及两个量：历元和时间间隔。任何具有周期性变化的自然现象都可以用来测量时间。各种时钟是守时的仪器。除地球可被看作是一座时钟外，根据历史发展顺序，相继出现了机械钟、石英钟和原子钟。

机械钟可以指示时间间隔或时间的流逝。它由两部分组成：摆动部分和计时部分。1583年，伽俐略发现摆的周期与摆的幅度无关，这是守时史上的一大进步。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摆钟。到1925年，摆钟已有很大进步，最好的摆钟每日误差仅0.001秒。20世纪70年代，机械钟已不再用于精密守时，而仅在日常生活中使用。

石英钟靠准确控制电路的振荡频率来测量时间，其原理是基于石英晶体的压电效应。石英钟自20世纪30年代开始投入使用，到60年代已有极大改进和提高。

原子钟的问世开辟了时间计量和守时的新纪元。原子钟是利用原子内部的量子跃迁产生极规则的电磁波辐射，并计数这种电磁波的一种时钟。

今天，名为NIST F-1的原子钟是世界上最精确的钟，但它并不能直接显示钟点。它的任务是提供秒这个时间单位的准确计量。这一计时装置安放在美国科罗拉多州博尔德的国家标准和技术研究所（NIST）物理实验室的时间和频率部内。1999年才建成的这座钟价值65万美元，可谓身份不非。在2000万年内，它既不会少1秒也不会多l秒，其精度之高由此可见一斑。这架钟既没有指针也没有齿轮，只有激光束、镜子和铯原子气。铯是一种比较稀有的金属，主要用于制造一些特种合金。

为了确定1秒钟的持续时间，今天，人们向原子“要答案”，从而完全摆脱了对天文现象的依赖。过去，人类一直以天文现象为标准计量时间，直到1956年，秒的持续时间还是以地球自转为基础进行计算的：秒被定义为平均太阳日的1/86400，即一天内有86400个称为秒的“时间段”。但是，地球是一个并不可靠的时钟，其自转所用的时间也并非固定不变：地球会发生摆动，有时，围绕太阳的旋转运动显示出轻微的不规则性。

所有这些现象对地球自转都有影响，因此也就影响了一天的持续时间。这样，以年的长度而不是以目的长度为基础的另一种定义秒的办法实施了仅仅几年后，到1967年，秒的持续时间不再取决于地球的自转，而是以原子为基准。实际上，人们利用的是原子发射电磁波的能力。在特殊情况下，可以让一个原子充满能量，使它开始振动，这有点像吉它的弦，经过弹拨后发生振动。当原子振动的时候，先前获得的能量以电磁波的形式释放，其频率 (以赫兹表示)相当于1秒钟之内振动的次数。

第一架氨钟诞生
NIST的美国物理学家哈罗德·莱昂斯 (Harold Lyons)于1949年利用氨分子的振动制造出了第一架原子钟。由l个氮原子和3个氢原子组成的氨分子形状规则，很像一个三棱锥。人们可以想像，在三棱锥底部的每一角有一个氮原子，而在顶部有惟一的一个氮原子。在遭到微波“雨”的轰击之后，氨分子吸收其能量，然后，一旦分子开始振动，能量就被释放。事实上，如果我们能够观察到氨分子的话，我们就能看到氮原子像悠悠球(一种线轴形玩具)一样上下移动，这样，三棱锥顶部就好像不断地在颠倒。这些原子振动速度极快，l秒钟内发生240亿次。240亿赫兹就是氨分子发出的电磁波的频率。这样，秒就可以被定义为氨分子震荡240亿次所需的时间。自1955年起，氨被铯133取而代之。其原理与氨钟一样：向原子“注人”能量，然后测量发出的电磁波的频率。

最精确的秒长

1999年是NIST F-l年。它的精度达到了其前身NIST-7的3倍，后者是由NIST的研究员斯蒂夫·杰弗
斯和道恩·米克霍夫研制的。NIST F-l被称为“喷泉钟”，因为铯原子被高高顶起，正像垂直喷射的水流。这种运动可以使频率的计算更加精确。一切始于由铯原子组成的气体，铯被引人到钟的真空室中。6束红外线激光束对准这种气体，这样，气体将呈球状。在这个过程中，由于激光放慢了原子的运动速度，气体的温度因此降低，接近于绝对零度(-273·15C)。

一束激光垂直向上，把“气球”推向上方。在上升过程中，气体穿过一个充满微波的腔：穿过这个装置后原子就充满了能量。在重力的影响下，气球开始向下坠落，再次穿过微波腔。一旦原子同微波再次发生相互作用，一些原子就会发现充入其中的能量己被掏空了。腔中的微波好像挤海绵一样，把浸满能量的原子球“挤干了”。事实上，受微波刺激，铯原子开始振动，这样就释放 出电磁波，这些电磁波的能量 等同于第一次穿过微波腔期间 所吸收的微波的能量。鉴于释 放能量的原子的数目越多，频 率计算就更精确 (因而秒的定 义就更精确)，因此，制作的 装置应满足的要求是，在从微波腔出来时释放数目要最多。为了得到这一点，必须具有适当频率的微波才能使铯原子吸入能量，也就是说相当于铯所谓的“固有”频率。这个过程被多次重复，当铯原子每次向上“喷射”时，微波 频率就会被轻微地调整，直到 这些微波成为一个具有适当频 率的“能量池”。

当铯原子气再从微波腔 出来时，就会被另一束激光撞 击：激光从铯原子中“挤”出光能量，当在微波腔中的微波达到铯原子的固有频率时，这种能量的释放达到最大，也就是电磁辐射最强。

在铯133固有频率的基础上，总部位于巴黎的国际标准局保存了正式定义秒的官方文件：秒是铯133原子基态的两个超精细能级之间跃迁所对应的辐射的9192631770个周期的持续时间。

原子钟入住国际空间站

NIST的形容人员很快就将开始制造另外一座使用激光进行冷却的铯原子钟，安放在国际空间站里。这架原子钟的优势是它将不受重力影响，因此，定义秒的精确度将进一步提高。这套系统将用于研究原子核的物理实验，完善GPS(全球定位系统)卫星的轨道计算，改进以与卫星发出的信号完全同步为基础的各种应用。

事实上，地球上原子钟的精度受到铯原子可被观察的时间十分短暂的限制(大约1秒钟)。在地球上，重力很快把原子从观察区移走；而在太空中，即在几乎没有重力的条件下，铯原子气可以被观察数秒钟。

参考资料：http://202.109.195.141/stcm/kexue/qianyin/28.htm