超厲害的“冷原子鐘”

□李林明

過去人們怎樣報時？說來極為有趣。由于古時鐘表還未普及，聰明的古人便想到了借助鐘鼓來報時。他們在繁華的都市中修建了鐘鼓樓（如圖1），樓內設置負責計時的銅刻漏（如圖2）和負責報時的更鼓與銅鐘。

圖1

圖2

銅刻漏仿制天池、平水、萬分設置成三級，均為方斗形。各漏壺下端中心處設有龍嘴，將上一級漏壺之水向下一級漏壺流送。收水壺為圓柱形，壺頂設雙龍抱扶箭尺，可隨壺的水位緩緩升起，每14分24秒即古時一刻時間上升一個刻度。每逢這時，司時人員就會根據白天與黑夜選擇擊鼓（如圖3）或撞鐘（如圖4）的方式向人們報時。就這樣，悠遠的鐘鼓聲掌控著人們的起居，形成了古代都市特有的蒼遠與厚重。

圖3

圖4

1924年以后，北京的鐘鼓報時聲不再響了，取而代之的報時方式是午時鳴炮（如圖5）。鳴炮地點是在宣武門城樓上，使用的是兩尊退役的德國克虜伯野炮。有意思的是，第一次響炮就震塌了附近的兩間民房，于是只好把這兩尊野炮分開鳴放，其中一門被安置到北城安定門城墻上。

圖5

在炮臺西北側有兩間小房作值班室，里邊有電話與北京觀象臺連通。每當快到中午時，兩個值班人分工合作，一人守在電話旁，聽電話里傳來的指令；另一人揭開炮衣，裝好炮藥、手持點燃的長香，站在炮位上靜候指令下達。只要聽值班室傳來“準備”的口令，炮臺上的人馬上就把長香放在藥引前，很快屋里又傳來“放！”的口令，炮藥點燃，午炮發出轟鳴，這聲音響徹大街小巷，人們就知道：現在是中午12時，有表的趕快對表。當時人們帶手表的很少，大部分人都是依靠“午炮報時”來安排自己的生活。

午時鳴炮的制度一直延續到二十世紀三十年代，由于鳴炮的費用太大，最后停止了這項報時活動。后來這種報時方式很快被鐘表、電臺報時所代替。

而今，隨著我國“天宮二號”（如圖6）的發射升空，中國已經擁有了屬于自己的冷原子鐘（如圖7）。

圖6

圖7

機械表（如圖8）1天差不多有1秒的誤差，石英表（如圖9）10天大概有1秒的誤差，而這臺冷原子鐘則可以達到每3000萬年才誤差1秒的精度！

圖8

圖9

空間冷原子鐘的精度秘訣主要在于“高、冷”：一方面得益于太空中“天宮二號”的“微重力環境”；另一方面則因為其自身的“冷”。

在微重力環境下，原子團可以做超慢速勻速直線運動，基于對這種運動的精細測量可以獲得地面上更加精密的原子譜線信息，從而可獲得更高精度的原子鐘信號。

此外，利用激光冷卻技術，將原子溫度從室溫降低到接近絕對零度，再對這些幾乎不運動的原子進行測量，結果會更加準確。

冷原子鐘的超強精度對空間其他衛星原子鐘的校準、深空導航定位等均可以提供強有力的支撐，讓祖國科技的前進步伐越來越快。