新的一年到來了。如（rú）果沒有計時，我們也就沒有時間概念，更遑論新的一年舊的一（yī）年啦。在這特別的時刻，我們一（yī）起來聊聊人（rén）類的計時科技吧！

　　上下四方為宇，古（gǔ）往今來為宙。
宇宙中一切物質的起源和消亡，世間一（yī）切事物（wù）的產生（shēng）和終結，地球（qiú）上一切生命的誕生和滅亡，所有的這些（xiē）與（yǔ）時間緊密相關。日月更替，鬥轉星移，花開花落，人類數千年的（de）文明在（zài）時間的（de）長河中緩（huǎn）緩（huǎn）流淌，時（shí）間見證（zhèng）了（le）這一切的變化，而日益先進的人類文明使得我們能（néng）夠更準確（què）的去感知（zhī）時間（jiān）。早在人（rén）類文明誕生之初，人類便開始通過對（duì）時間的計量來（lái）描述萬事萬物的變化，並由此誕生了一係列精度越來越高的計時器（qì）具。

　　《世界（jiè）計量日》紀念郵票——我國（guó）首套以計量為主題（tí）的紀念郵票。該套（tào）郵票圍繞計量從古代到現代，從中國到世界，從日常生（shēng）活到科技創新三條主線，展示了計量的（de）悠久曆史和輝煌成就。

時間的計量發展（zhǎn）曆程

　　遠古時期（qī），人（rén）們以太陽的東升西落作為時間尺度，因此便有“日出而作，日落而息”的人類生活；公元前二世紀，日晷出現，提高了時（shí）間的計量精度；我國北宋時期（qī）的能工巧匠們設計出水鍾；六百多年前出現了機械鍾；十七世紀（jì），單擺被（bèi）用於機械鍾的設計，使其計時（shí）精度提高了近百倍；二十世紀三十（shí）年代，石英鍾誕生，計時精度進一步被提高。

　　這些計時器具即我們概念（niàn）中的“時鍾”，細數這些鍾（zhōng）的發展，最古老的鍾追溯（sù）至太陽鍾，例如圭表、日晷（guǐ）。有據可查的（de）太陽鍾始於公（gōng）元前2357-2258年的堯帝時期。《周禮•地官•大司徒》中有“以土圭之法測土深（shēn），正（zhèng）日景（影），以求地中”。《春官•典瑞》中（zhōng）也（yě）提到了“土圭以致四時日月，封國則以土地（dì）”。

 　　之後出現水鍾，它屬於流體鍾的一種，除水（shuǐ）鍾之外，流體鍾還包括沙鍾。水鍾和沙鍾都是使用一定數量的流體，通過測量（liàng）流體在特定方式下流動所（suǒ）需（xū）的時（shí）間來表示固定的時間間隔，這類不依賴（lài）於天文現象的“漏刻”計（jì）時儀器至少有4000年的曆史了。我（wǒ）國最早的機械鍾也出現在北宋時期，而歐（ōu）洲的機械鍾出現於十（shí）三（sān）世紀，最早傳入（rù）我國的機械（xiè）鍾在明朝萬曆年間，被獻於萬曆皇（huáng）帝。 

　　隨著社會發展的（de）需求，對時鍾（zhōng）精度的要求越來越高，於是石英鍾應運而生，它是通過石英鍾（zhōng）內部穩定的（de）石英振蕩器來計時的（de）。隨著（zhe）科技發展的要求，以及人類對精密測量的執著追求，石英（yīng）鍾逐漸不能滿足要求，逐漸被精度高於它的鍾所（suǒ）代（dài）替，例如原子鍾。

 　　原子鍾是利用原子吸收或釋放能量時發出的電（diàn）磁（cí）波來計時。由於這種輻射電磁波周（zhōu）期非常穩定（dìng），再加上利用一係列精密的儀（yí）器進（jìn）行控製，原子（zǐ）鍾的計時就可以非常準確（què）了。最初並且最常用於原子鍾研製的元素有氫、銫、銣等堿金屬。原子鍾的（de）精度可以達到每100萬年才誤差1秒。1967年，銫原子鍾被（bèi）用來進行“秒”定義，即為無幹擾的（de）133Cs原子基態兩個超精細結構子能（néng）級之間微波頻率躍遷周期的9,192,631,770倍（bèi），也就是我們通常所說的國際原（yuán）子時。從此開啟了原子（zǐ）“秒”的時間計量標準時代，直到現在的“秒”定（dìng）義（yì）仍由（yóu）銫原子噴泉鍾保（bǎo）持。

　　脈衝星是另外一種獨特的時間計量器具（jù），它是一種高速旋轉的致密中子星，自轉周期非（fēi）常穩定。通過對脈衝星（xīng）的計時觀測，可以建立高精度的（de）時空參考架。利用脈衝星鍾建立和保持的綜合（hé）脈衝星時係（xì）統，有可能比目前的原子時係統具（jù）有（yǒu）更高的長期穩定度，並能獨立地檢測原子時的係統誤差（chà）。這種獨（dú）特的時間計量方式正在被科學家們研究中。

  　　對於原子鍾，科學家不遺餘力地進（jìn）行探（tàn）索並取得了巨大的研究成果，他們研究出了（le）比現行的基準鍾——銫原子鍾精度更高的時鍾，即光鍾，銫鍾作為基準鍾的（de）地位受到嚴重衝擊。光頻標的研究得到了大力發（fā）展，這種利用以原子（zǐ）的光學波段共振頻率標準作為時間頻率基準的鍾——光學原子鍾（zhōng），將（jiāng）人（rén）類對時間（jiān）、頻率的（de）測（cè）量精度又大大的（de）向前提升了一步！

　　因為（wéi）原子鍾在測量（liàng）時間頻率時，它的“尺子（zǐ）”就是原子共振時發出的波長，波長越短意味著“尺子”的刻度越（yuè）精細，測量（liàng）也就越精（jīng）確。光鍾（zhōng）裏原子共振的波長要比微波原子鍾裏的波長短5個（gè）量（liàng）級！目（mù）前最新光（guāng）鍾的測量精度已（yǐ）經比微波原子鍾高（gāo）出了100倍還（hái）多！隨著對光鍾研究的深入，人們已廣（guǎng）泛預言在（zài）本世紀的第二個十（shí）年內光鍾（zhōng）將被用於作為新的時間的定義。

NIM5銫原子噴泉鍾 2000萬年不差一秒

　　李（lǐ）天（tiān）初院士於2003年主持完成世界第4個激光冷卻（què）-銫原子噴泉鍾，獲得2006年國家科技（jì）進步獎一等獎。在此基礎上，研製了NIM5和NIM5-M 2台第二型銫噴泉鍾，為北鬥衛星的地麵時間係統提（tí）供（gòng）計量支持和服（fú）務，迄今仍然是我國僅有的通過驗收鑒定的三台噴泉鍾。目前，“NIM5激光冷卻-銫原子噴泉鍾”不確定度為1.5×10-15秒，相當於2000萬年不（bú）差一秒（miǎo），去（qù）年被接（jiē）收為國際計量局認可的基（jī）準（zhǔn）鍾之一，參與駕馭國際原子時。我國對國際原子時的最（zuì）終確定不僅具有了話語權，而且（qiě）擁有了表決權。

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時間（jiān）計（jì）量精度提升（shēng）的意義何在？

　　從古到今，時間計量精（jīng）度的不斷提升給民眾（zhòng）生活需（xū）求及國家活動帶來了哪（nǎ）些影響？

　　日常生活中，1秒的時間已非常短暫，時間精確到一秒已經（jīng）足夠了，例如（rú）公司上班打（dǎ）卡，學校上課下課鈴聲（shēng），考試交卷的鈴（líng）聲，再說到購物中（zhōng）雙十一秒殺等等。可在某些領域, 用（yòng）秒來計量（liàng）時間,又太長。在我們的體育賽事（shì）中，運動（dòng）員（yuán）的比賽成（chéng）績需要精確到百分之（zhī）一秒，也就是說0.01秒的差距就（jiù）決定著冠軍的歸屬；出行的交通工具中，如（rú）汽車、飛機，其發（fā）動機每分鍾轉動數千周, 為改變發動機的頻率,提高其運行（háng）的速度（dù），時間測量（liàng）要（yào）精確到0.01秒。

　　對於科研活動，隨著時間（jiān）頻率測量精度的提高，人們可以更深層次地（dì）探索自然規律，推動基礎科學研究的進步。如裏德堡常數的測量、精細結構常數（shù）的穩定（dìng）性測量、朗德因子的測量、荷質比的測量、引力紅移的測量、引力波探測等，其精度都直接取決於時間頻率的測量精度。這些測量和研究都是檢驗物理學基（jī）本（běn）理論（相對論、量子電動力學、引力場理論等）的重要方法，例如，通過測量精細結構常數（shù）隨時間變化檢驗廣義相對論，需要（yào）頻率測量（liàng）精度優於10-17；通過激光（guāng）幹涉檢驗引力（lì）波的存在，需（xū）要頻率測量精度優於10-18。此外（wài），人（rén）們還通過將其它物理（lǐ）量的（de）測量（liàng）轉（zhuǎn）換（huàn）為時間頻率的測（cè）量，間接實現對其它物（wù）理量測量精度的提（tí）高（gāo）。目前已（yǐ）經完成了長度、電流、電壓、發（fā）光（guāng）強度和溫度等物理量單位的定義或測量的轉換。

　　對於國家（jiā）活動，以衛星導航為例，為提高GPS的精度，必須統一“鍾（zhōng）表”的時間。但是即（jí）使精度達到三萬（wàn）年有一秒誤差的原子鍾，由於相對論效應，都會與地麵時鍾產生時間差，最終影響到GPS的定位效果。根據狹義相對論，因為人造衛星在運動（dòng），所以從地麵上看時間過得慢，由於與光速相（xiàng）比人造衛星的飛（fēi）行速度慢而存在一點誤差，搭載人造衛星（xīng）的時鍾也會比地麵鍾每（měi）天慢7微（wēi）秒。之外，再根據廣（guǎng）義相對論，引力越強時（shí）間過得越慢。宇宙空間站的轉速越快，也就是其（qí）內部的人造引力（lì）越大，時間的變（biàn）慢程度就越大。相反，從引力強的地方到引力弱的（de）地方，看上去（qù）時間會變（biàn）快。因此從地球表麵看，受到地球弱引力的人造衛星上搭載的時鍾走得快。這裏的誤差為每天快46微秒，減去狹（xiá）義相對論效應產生（shēng）的人造（zào）衛星時間滯後（hòu）7微秒，人造衛星的（de）時鍾每天快39微秒。這個時間差對（duì）於GPS影響很大，距（jù）離（lí）的誤差等於時間（jiān）的誤差乘（chéng）以光（guāng）速，僅（jǐn）僅39微（wēi）秒的時間差導致GPS定位上出現12千米的誤差，導致GPS無法應用，無（wú）法（fǎ）起到導航（háng）的作用。不（bú）過我們根據狹義相對論和廣義相對論對這一誤差（chà）進行修正，使人造衛星和地麵（miàn）時（shí）鍾一致，便可放心使用GPS。

　　如今，伴隨著綜合國力的強大，中國已經在世界上起著舉足輕重的（de）作用。我國授時也在以跨越（yuè）式（shì）的速度發展，以便（biàn）為我們國（guó）家的科研及民生提供最基本的時間保障，也衷心祝願2016年裏，我們都能珍惜時間（jiān），度過美妙的一年。