人們對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)一直與自然現(xiàn)象緊密相關(guān)，時(shí)間也不例外。自古以來(lái)，人們就使用春夏秋冬的四季輪回來(lái)定義“年”；太陽(yáng)的東升西落來(lái)定義“日”；一日又分為十二個(gè)時(shí)辰，我國(guó)在北宋時(shí)開(kāi)始將每個(gè)時(shí)辰分為“初”、“正”兩部分，分十二時(shí)辰為二十四，稱(chēng)“小時(shí)”。直到20世紀(jì)六十年代，時(shí)間的基本單位??“秒”一直被定義為一個(gè)平太陽(yáng)日的1/86400，也就是人們通常說(shuō)的天文秒。以天文秒為基本單位建立的時(shí)標(biāo)就是世界時(shí)。1956年10月，國(guó)際計(jì)量委員會(huì)(CIPM)采納了新的秒定義:秒是指1900年1月0時(shí)(12小時(shí)歷書(shū)時(shí))的回歸年的1/31556925.9747。然而，長(zhǎng)期的天文觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的周期不是恒定不變的，一天的時(shí)間在每個(gè)世紀(jì)變長(zhǎng)了1.7ms。
19世紀(jì)初，隨著物理學(xué)的快速發(fā)展，特別是量子物理學(xué)的建立，物理學(xué)家們認(rèn)識(shí)到:原子內(nèi)電子能級(jí)間的特征躍遷頻率，具有比天文現(xiàn)象高得多的穩(wěn)定度，更適合于作為頻率標(biāo)準(zhǔn)/時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)?？茖W(xué)家們用當(dāng)時(shí)盡可能準(zhǔn)確的天文秒長(zhǎng)作“尺子”，盡可能準(zhǔn)確地測(cè)量133Cs原子相應(yīng)能級(jí)間的躍遷周期數(shù)。在1個(gè)天文秒里，他們數(shù)出銫原子的133同位素“振動(dòng)”了9192631770次。
1952年，全球第一臺(tái)原子鐘在英國(guó)面世。其后，更多先進(jìn)的原子鐘在美、法等國(guó)問(wèn)世。鑒于原子鐘卓越的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性，1967年第13屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)(CGPM)重新定義了“秒”??用銫133Cs原子基態(tài)兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)間的躍遷頻率替代了原有基于地球公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)的秒。這標(biāo)志著原子時(shí)的誕生，宣告著一個(gè)以量子定義時(shí)間的新時(shí)代正式到來(lái)。從此，原子時(shí)取代了天文時(shí)，人類(lèi)測(cè)量時(shí)間不再依靠觀星星測(cè)太陽(yáng)了，實(shí)驗(yàn)室型銫原子基準(zhǔn)鐘成為復(fù)現(xiàn)秒定義的手段。今天，全球最好的銫原子噴泉鐘不確定度已經(jīng)達(dá)到了10-16量級(jí)，比地球運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性高8個(gè)數(shù)量級(jí)，相當(dāng)于幾億年不差一秒。
秒是基本單位中準(zhǔn)確度最高、應(yīng)用最廣、最適于遠(yuǎn)程傳遞的一個(gè)。長(zhǎng)度單位米、電壓?jiǎn)挝环?，已?jīng)實(shí)現(xiàn)了以時(shí)間頻率定義，如果將其他物理量轉(zhuǎn)化成時(shí)間頻率測(cè)量，則有望大幅提高測(cè)量準(zhǔn)確度!
加入收藏
微信公眾號(hào)
計(jì)量資訊速遞
