时钟,是人类生活的必备工具,也是计量时间的重要工具。但是我们知道,再精确的时钟也会有偏差,精度高的大约每年会有1分钟的误差,这个误差对于人类的正常生活是没有影响的,但是对于科学家的科学研究以及探索宇宙本质方面,这远远是不够的,因此科学家在数十年前就已经创造出了一种神奇的计时装置,它就是原子钟!

2000万年误差为一秒!原子钟的精确程度远远超出人类的想象!

大部分人对原子钟还不甚了解,但是其实它与全球导航系统GPS息息相关。原子钟,顾名思义,它的精确度以及达到了原子的微小级别,准确的说,它是一种精确度可以达到2000万年的误差仅一秒的时钟。

原子钟的原理不外乎和原子的排列机构有关系,我们知道,在微观层面,围绕在原子核周围其实拥有不同电子层的能量差,电磁能量是不连续的,而原子正是由于不同电子排列顺序的能量差来吸收和释放电磁能量的。所以当原子在不同级别的能量态跃迁时,原子便会释放不连续特征频率的电磁波,也就是所谓的共振频率,每一个原子都有自己的特征振动频率。而科学家就是利用了同一种原子的共振频率是一定的这一原理,制造出了精确的原子钟。由于这种电磁波非常稳定,再加上利用一系列精密的仪器进行控制,原子钟的计时就可以非常准确了。

2000万年误差为一秒!原子钟的精确程度远远超出人类的想象!

目前人类常用在原子钟里的元素有氢(Hydrogen)、铷(rubidium)、铯(Cesium)等,而现在国际上在天文、大地测量和国防建设等各个领域中尤其是GPS导航方面普遍采用铯原子钟的跃迁频率作为时间频率的标准,铯原子钟的原理是利用铯原子内部的电子在两个能级间跳跃时辐射出来的电磁波作为标准,去控制校准电子振荡器,进而控制钟的走动。这种钟的稳定程度很高,误差可以达到2000万年一秒,精确程度远远超出人类的想象,完全可以辅助科学家进行一些科学研究。

2000万年误差为一秒!原子钟的精确程度远远超出人类的想象!

最关键的是,铯原子钟在导航方面的应用,可以精确定位地球航行,甚至太空航行的准确位置,提供更加快速有效地保障。但是铯原子钟的误差也是有极限的,科学家并不满足于此,他们的目标是制造永远不会走偏的时钟,于是光学原子钟诞生了!在当前的原子钟中,铯原子是在微波频率范围内转变的,而光学转变发生在比微波转变高得多的频率范围,由于光学频率比微波频率高出4到5个数量级,因此在相同跃迁谱线线宽的条件下,光钟的不确定精度将优于微波钟100到1000倍。因此它能够提供一个更精细的时间尺度,是现在最高级的时钟――微波铯原子钟的十万倍。我国也曾制造出首台光学原子钟,是世界上少数几个掌握此项技术的国家。

2000万年误差为一秒!原子钟的精确程度远远超出人类的想象!

但是科学的发展是永不止步的,科学家希望制造出不仅是几十亿年,而是整个宇宙的年龄的准确时钟,也就是说在这个宇宙可能存在的生命周期内,这个时钟的误差几乎可以忽略。