鍾表為什麼能自己校對時間

㈠ 時鍾的計時原理是什麼

它最初本是由物理學家創造出來用於探索宇宙本質的；他們從來沒有想過這項技術有朝一日竟能應用於全球的導航系統上。

根據量子物理學的基本原理，原子是按照不同電子排列順序的能量差，也就是圍繞在原子核周圍不同電子層的能量差，來吸收或釋放電磁能量的。這里電磁能量是不連續的。當原子從一個「能量態」躍遷至低的「能量態」時，它便會釋放電磁波。這種電磁波特徵頻率是不連續的，這也就是人們所說的共振頻率。同一種原子的共振頻率是一定的—例如銫133的共振頻率為每秒9192631770周。因此銫原子便用作一種節拍器來保持高度精確的時間。

30年代，拉比和他的學生們在哥倫比亞大學的實驗室里研究原子和原子核的基本特性。也就是在這里，他們在依靠這種原子計時器來製造時鍾方面邁出了有價值的第一步。在其研究過程中，拉比發明了一種被稱為磁共振的技術。依靠這項技術，他便能夠測量出原子的自然共振頻率。為此他還獲得了1944年諾貝爾獎。同年，他還首先提出「要討論討論這樣一個想法」（他的學生這樣說道），也就是這些共振頻率的准確性如此之高，完全可以用來製作高精度的時鍾。他還特別提出要利用所謂原子的「超精細躍遷」的頻率。這種超精細躍遷指的是隨原子核和電子之間不同的磁作用變化而引起的兩種具有細微能量差別的狀態之間的躍遷。

在這種時鍾里，一束處於某一特定「超精細狀態」的原子束穿過一個振盪電磁場。當原子的超精細躍遷頻率越接近磁場的振盪頻率，原子從磁場中吸收的能量就越多，從而產生從原始超精細狀態到令一狀態的躍遷。通過一個反饋迴路，人們能夠調整振盪場的頻率直到所有的原子完成了躍遷。原子鍾就是利用振盪場的頻率即保持與原子的共振頻率完全相同的頻率作為產生時間脈沖的節拍器。

人們日常生活需要知道准確的時間，生產、科研上更是如此。人們平時所用的

鍾表，精度高的大約每年會有1分鍾的誤差，這對日常生活是沒有影響的，但在要求

很高的生產、科研中就需要更准確的計時工具。

目前世界上最准確的計時工具就是原子鍾，它是20世紀50年代出現的。原子鍾

是利用原子吸收或釋放能量時發出的電磁波來計時的。由於這種電磁波非常穩定，

再加上利用一系列精密的儀器進行控制，原子鍾的計時就可以非常准確了。現在用

在原子鍾里的元素有氫、銫(sè)、銣(rú)等。原子鍾的精度可以達到每100萬年才

誤差1秒。這為天文、航海、宇宙航行提供了強有力的保障。