世界上最準(zhǔn)時(shí)的鐘

唐代詩(shī)人王貞白曾留下名句：“讀書(shū)不覺(jué)已春深，一寸光陰一寸金。”守時(shí)、惜時(shí)是中華民族的傳統(tǒng)美德。那你知道鐘表上、手機(jī)上的時(shí)間到底是怎么來(lái)的嗎？古人又是如何知道時(shí)間的呢？

日影、水流，古人的計(jì)時(shí)法

在我國(guó)，古人通過(guò)觀測(cè)天體的運(yùn)動(dòng)周期來(lái)劃定時(shí)間，以年、月、日為基本單位。簡(jiǎn)單來(lái)講，年是地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)一周的時(shí)間；月是月亮盈缺一輪的時(shí)間；天是一個(gè)晝夜的時(shí)間。可是具體到一天當(dāng)中的時(shí)間，就需要各種計(jì)時(shí)工具出場(chǎng)了

太陽(yáng)東升西落，古人利用這一原理發(fā)明了日晷（gui），“晷”的意思是影子。顧名思義，日晷是通過(guò)移動(dòng)的日影來(lái)確定時(shí)間的。晷針影子落在圓形晷面的哪個(gè)格子里，就對(duì)應(yīng)哪個(gè)時(shí)辰。但這個(gè)“神器離了太陽(yáng)就不管用了。

如果在陰雨天或者室內(nèi)，可以使用水鐘判斷時(shí)間。水鐘也叫刻漏、漏壺。古人發(fā)現(xiàn)，在水桶的一側(cè)開(kāi)孔，讓水滴落，無(wú)論重復(fù)多少次，滿滿一桶水滴完所需的時(shí)間總是相等的，這就是水鐘的工作原理。刻度上升一格為“一刻鐘”，約等于現(xiàn)代的15分鐘。但是由于水壓變化的關(guān)系，隨著水位下降，滴水的速度會(huì)逐漸變

擺動(dòng)、共振，現(xiàn)代的頻率計(jì)時(shí)法

上面提到的計(jì)時(shí)方法雖然巧妙，但各有缺陷，只能計(jì)量大概的時(shí)間。后來(lái)，荷蘭物理學(xué)家惠更斯根據(jù)單擺運(yùn)動(dòng)中每擺動(dòng)一周所需的時(shí)間總是相等的原理，制作出了擺鐘。但擺鐘需要經(jīng)常上發(fā)條，而且它有每星期1分鐘的誤差。接著是石英鐘大行其道，它內(nèi)置的石英晶體在通電時(shí)能產(chǎn)生規(guī)律共振，共振頻率大約是每秒數(shù)千個(gè)周期，只要把石英晶體的共振頻率和次數(shù)提取出來(lái)，就能換算成時(shí)間。而且石英鐘耗電很少，幾年甚至十幾年才需要更換電池，誤差已經(jīng)縮小到每天1秒左右。1秒誤差對(duì)我們的日常生活幾乎沒(méi)有影響，但在那些對(duì)時(shí)間有嚴(yán)格要求的領(lǐng)域，比如瞬息萬(wàn)變的金融市場(chǎng)、通過(guò)激光反射時(shí)間測(cè)距的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、精密的科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究等，它們需要更準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)工具。

時(shí)長(zhǎng)（秒） σ=σ 振動(dòng)次數(shù)（次） 振動(dòng)頻率（次/秒）

世界上最準(zhǔn)時(shí)的鐘

有了運(yùn)用石英晶振頻率計(jì)時(shí)的先例，科學(xué)家們開(kāi)始尋找更高頻、更穩(wěn)定的“共振”物質(zhì)。1944年，美國(guó)物理學(xué)家伊西多·艾薩克·拉比在研究核磁共振技術(shù)時(shí)，突然意識(shí)到微觀的原子在不同能級(jí)躍遷時(shí)的頻率相當(dāng)穩(wěn)定且極其快速，是制作高精密時(shí)間儀表的絕好材料。1955年，世界上第一個(gè)實(shí)用型原子鐘面世，它的精度達(dá)到了每140萬(wàn)年誤差1秒。至今，銫、銣、氫等各種原子鐘百花齊放，導(dǎo)航衛(wèi)星、5G通信、高速交通、金融結(jié)算、天文探測(cè)等領(lǐng)域，都使用原子鐘以求精密計(jì)時(shí)。目前最高精度的原子鐘已經(jīng)達(dá)到396億年內(nèi)誤差不到1秒鐘，而宇宙的年齡才138億年

那我們現(xiàn)在看到的時(shí)間是“原子時(shí)”嗎？并不是的！我們現(xiàn)在通用的世界時(shí)，仍是“格林尼治時(shí)間”，是以本初子午線所在時(shí)區(qū)的太陽(yáng)時(shí)為標(biāo)準(zhǔn)加上時(shí)區(qū)換算得到的，它以地球自轉(zhuǎn)速度為標(biāo)準(zhǔn)，但地球的自轉(zhuǎn)卻不“準(zhǔn)時(shí)”。為了與之配合，科學(xué)家為原子鐘計(jì)時(shí)引入“閏秒”的概念，也就是人為撥動(dòng)原子鐘的“秒針”使之與“格