作為一個化學(xué)元素，銫實際上已經(jīng)重新對時間進行了定義。

自小時候到現(xiàn)在，在各種場合你都被告知準時很重要。現(xiàn)在，有了銫原子，全世界各個地方的時間都能保持準確，準確到讓我們感到需要重新思考時間是什么。而且我們發(fā)現(xiàn)計時技術(shù)中存在一個奇怪的缺陷。事實上是在近些年來人們才意識到準確及時的重要性。并不是我們的祖先不需要知道時間，他們當然需要。幾千年來，人類制造出多種多樣精致的儀器來衡量時間的流逝。 但事實是直到175年前，在那之前的幾千年里，人們對于時間的定義來源都是太陽。不管走到哪里，你總能認出什么時候是正午。晴天里只要看一眼天空或者看一下日晷，你就能知道時間。

這一切隨著世界上第一條鐵路線的開通而改變了，這第一條鐵路就在這里，在英國。在那之后人們都知道倫敦的正午比布里斯托（Bristol）的正午早10分鐘，這是一個精確的值，它是陽光走過兩座城市之間的經(jīng)度差所需要的時間。計時系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤導(dǎo)致的將不只是乘客會誤車。由于計時偏差導(dǎo)致的危險事件甚至火車事故越來越多。1840年11月，英國西部鐵路公司（Great Western Railway）解決了這一問題，他們使用了一個叫“鐵路時間”（Railway Time）的計時系統(tǒng)。系統(tǒng)內(nèi)所有城市的時間都是倫敦時間，這是第一次人們根據(jù)一個標準將不同地點的時間同步起來。此舉引起了很大爭議。突然間，皇家格林尼治天文臺（Royal Observatory）就可以從遙遠的格林尼治控制你的時間系統(tǒng)。?？速愄卮髮W(xué)的校長拒絕將學(xué)校大教堂的時鐘調(diào)整至英國西部鐵路公司所要求的時間。布里斯托采用了一個折中的方案：時鐘上有兩個分針，一個顯示當?shù)貢r間，一個顯示“鐵路時間”。

這座鐘位于布里斯托，鐘上仍舊有兩根分針，兩者表示的時間相差十分鐘

然而“鐵路時間”逐漸成為了英國很多地方的時間標準，而且在世界上其他后來修建鐵路的地區(qū)大多數(shù)都采用了“鐵路時間”的標準。但你可能要問，這些與銫原子有什么關(guān)系？答案是只要你有一個遠程操控的網(wǎng)絡(luò)，計時的精確對于時間的同步是至關(guān)重要的。而且所需要的傳輸速度越快，計時的精確度就越重要。因此在現(xiàn)代社會，信息以近乎光速的速度在線路中或者空中傳播，計時精確度就更加重要。而銫原子的作用是大幅度改進了時間計量的標準。最近我去了一趟英國精確計時技術(shù)的故鄉(xiāng)。并不是格林尼治，而是位于倫敦郊區(qū)特丁頓（Teddington）的英國國家物理實驗室（National Physical Laboratory）。在一個高級工業(yè)園區(qū)里立著一些辦公大樓，墻壁上的玻璃閃閃發(fā)光。就是在這些大樓里，科學(xué)家們正在進行前無古人的科學(xué)探索。1930年正是在英國國家物理實驗室，物理學(xué)家Louis Essen制作出了世界上第一個石英鬧鐘，它的精度在當時是最高的，同時也預(yù)示著銫原子鐘的到來。石英鐘利用了一個原理：如果對石英晶體通電，石英晶體會以極高的頻率振動。這種頻率叫作共振頻率，地球上每個物體都有其共振頻率。據(jù)說當一個女高音唱到她的最高音時，那個聲音能讓一個香檳杯碎掉，這就是因為聲音達到了杯子的共振頻率。這也就是1831年蘭卡夏郡Broughton的吊橋倒塌的原因。軍隊在橋上走過時，行進步子的頻率無意中達到了吊橋的共振頻率，使得吊橋發(fā)生劇烈震動，造成螺絲斷裂橋體倒塌。自那以后，軍隊會警告他們的士兵在經(jīng)過吊橋時要打亂腳步。

為了理解這種共振現(xiàn)象如何幫助計時，想想落地大擺鐘的鐘擺。鐘擺每擺動一次，鐘就過去一秒。石英的作用就相當于鐘擺，只是振動比鐘擺快得多：它的共振頻率比“秒”的振動頻率快數(shù)千倍。而這就是人們?yōu)槭裁葱枰C原子的原因。銫原子的共振頻率比石英還高很多倍，準確點來講是9192631770赫茲。這是Essen選擇它來制作第一臺新型鐘（即原子鐘）的一方面原因。Essen制造的石英鐘在三年內(nèi)僅僅偏差了一秒。而他在1955年于英國國家物理實驗室制造的第一臺原子鐘精度達到了一百四十萬年偏差一秒。但為什么選擇銫原子呢？

Louis Essen（右）在1955年造出了世界上第一臺銫共振器

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