科学家研制出激光时钟 20亿年误差不到1秒
时间:2017-12-07

  科学网络 - 科学家发现了一个20亿年的激光钟差不到1秒

  据北京时间2月10日消息,据英国“时报”报道,科学家已经研制成功新一代激光时钟,其时钟计时极其准确,在2亿年内几乎没有产生1秒的误差。到目前为止,最准确的延时激光钟可应用于卫星导航,其跟踪地面运动目标的精度可保持在1米以内。

  这个由科学家设计和制造的新时钟使用激光作为测量参考,使20亿年的误差小于1秒。未来,这种新型时钟可以广泛应用于地面卫星导航,将使汽车自动驾驶成为可能。技术应用成熟后,无人驾驶飞机甚至可以精确降落。有了这些成就,美国,英国,德国,法国和日本等国家的科学家也准备继续在这个领域的研究,以便能够设计和制造更精确的时钟。他们的目标是在13.7亿年前的大爆炸以后,保持时钟精确到分钟和分钟。科学家相信这个时钟将在十年内实现。由于这个新时钟使用激光来测量和同步原子振动频率,所以它们通常被称为光学时钟。用这种技术,时钟将把时间分成更小的分量。

  以前,世界上最先进的时钟是由美国国家标准与技术研究院开发的。通过测量电子在汞离子中的振动,它保持了17亿年的精确操作,几分钟和几秒钟没有任何差别。以前使用的最精确的计时装置是原子钟,可以在一秒钟内达到八千万年的精度误差。相比之下,一个普通手表在一个月内将会出现大约15秒的错误。法国巴黎国际计量委员会计划到2020年用光学时钟代替原子钟。该委员会的执行秘书Elis Arias负责时间和频率,他说光学时钟代表未来的时钟,这是一个非常令人兴奋的发明,到2015年我们将会有一个阶段性的结果,光学钟最重要的用途可能是用来跟踪飞机,船舶和汽车的全球卫星定位系统,GNSS接收微波信号来自卫星,主要是通过测量信号到达时间的同步,可以在10米范围内锁定地面上的某个物体。

  科学家们认为,如果光学卫星安装在卫星上,他们可以瞄准1米的范围。这个精度可以用于汽车或飞机的自主驾驶。当然,除了这些之外,科学家们对于使用光学钟表有更高的期望。他们希望光学钟能帮助他们测试物理学的基本定律。美国国家标准与技术研究院的物理学家泰勒·罗斯邦德认为,光学时钟也可以用来检测宇宙的基本属性。我们甚至可以依靠这个精确度来发现物理学基本定律的变化。根据量子物理学的基本原理,原子是按照不同能量排列的电子,即能量差在原子核周围的不同电子层的能量差附近被吸收或释放。这里的电磁能量是不连续的。当一个原子从能态跃迁到低能态时,它释放出电磁波。例如,铯133的共振频率是每秒9192631770个周期。因此,铯原子可以用作节拍器,以保持高度的精度。

  普通手表在测定时间上必须依靠固定频率的振动,机械手表摆轮的频率为每秒5次或6次,音叉钟的频率为每秒数百次至数千次。石英手表振动频率是由微小石英振动产生的,其固定振动频率为每秒32000次。铯原子钟的振动频率可达9.19×109次。振动频率越高,计时越精确。 1967年,由于原子钟的研究取得了很大的进展,人们开始重新定义第二个定义,即根据铯原子的振荡频率。今天的原子钟的准确度每10万年可以达到1秒以内,2001年,国家标准与技术研究所第一次开发出第一台使用激光代替微波的光学钟,2004年,英国国立物理研究所的科学家对光学时钟进行了改进,2008年,国家标准与技术研究院再次研制出一种新型的光学时钟,其精度比最先进的原子钟高21倍的时间。

  英国“泰晤士报”原创(英文)

  世界上最准确的时钟美国出现了两亿年不到一秒的误差