雷射鍾

英國《 報士晤泰 》報導，科學家們目前已經成功地研製出了新一代的雷射時鐘，在20億年時間裡幾乎不會產生1秒的誤差。

簡介

雷射時鐘利用具體數字來表示時間，它的雷射數字顯示方式十分特別。設計師在每個數字顯示位置上都分配有若干雷射反射板。每當需要顯示數字，表示時間的時候，雷射就會從某個定點射出，然後通過其他反射板的折射，讓光線扭曲，從而獲得相應數字的雷射造型。這種雷射顯示方式十分特別，通過進一步地設計、運用，設計師還特別推出了心電圖模式、傳統指針模式等其他種類的雷射時鐘，讓時間的指示方式更加多元化。

原理

科學家們目前已經成功地研製出了新一代的雷射時鐘，這種時鐘計時極其精準，在20億年時間裡幾乎不會產生1秒的誤差。原理是通過用雷射“注視”並測量原子的電子震動頻率來計時。這種迄今計時最為精準的雷射時鐘未來可套用於衛星導航，其在追蹤地面移動目標時精度可以保持在1米以內。未來，這種新型時鐘可以廣泛套用在地面衛星導航上，將使得汽車自動駕駛成為可能。在技術套用成熟後，甚至可以實現無人駕駛的飛機精準著陸。在取得上述成就後，美國、英國、德國、法國和日本等多個國家的科學家還準備在這一研究領域繼續展開競賽，以便能夠設計製造出更加精準的時鐘。他們的目標就是將時鐘的時間精準到自137億年前宇宙大爆炸以來分秒不差。科學家們相信十年內這種時鐘必將實現。通過這種技術，時鐘將可以把時間分成更小的分量。

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此前，世界上最為先進的時鐘是由美國國家標準與技術研究所所研製。它通過測量水銀離子中電子的振動，可以保持17億年的精確運行而分秒無差。以前最為精確的計時設備是原子鐘，可以實現8000萬年精確度誤差在一秒之內。對比之下，一隻普通的手錶一個月內會誤差大約15秒。位於法國巴黎的國際度量衡委員會計畫到2020年實現用光學時鐘取代原子鐘。該委員會負責時間與頻率的執行秘書伊莉斯-阿里亞斯介紹說，“光學時鐘代表著時鐘的未來，這是一項非常振奮人心的發明。到2015年，我們將取得階段性成果。”光學時鐘最重要的用途將可能是全球衛星定位系統，用於跟蹤飛機、艦船和汽車等。全球衛星定位系統接收由衛星發出的微波信號，主要是通過測量信號開始抵達的時間進行同步，可以將地面的某一物體鎖定於10米範圍之內。 科學家們相信，如果在衛星上安裝有光學時鐘，他們就可以將目標定位於1米範圍之內。這種精度可以用於汽車或飛機的自動駕駛。當然，除了這些外，科學家們對於光學時鐘的用途還有更高的期望。他們希望光學時鐘能夠幫助他們檢驗物理學的基本定律。美國國家標準與技術研究所物理學家蒂爾-羅森邦德認為，“光學時鐘還可以用於檢測宇宙的基本屬性。我們甚至還可以依靠這種精度發現物理學領域基本定律的變化。”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。這裡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。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。因此銫原子就可以用作一種節拍器來保持高度精確的時間。 普通鐘錶在測定時間時必須依靠固定的振動頻率，機械錶的擺輪頻率每秒5次或6次，音叉鐘的頻率每秒幾百至幾千次。石英鐘錶的振動頻率是由微小的石英片的振動產生的，其固定振動頻率每秒32000次。銫原子鐘振動頻率高達9.19×109次。振動頻率越高，計時就會越精確。1967年，由於原子鐘的研究取得了巨大的進展，人們開始重新給秒確定定義，即按照銫原子的振盪頻率來制定。今天的原子鐘的精度可以達到每10萬年誤差不超過1秒。2001年，美國國家標準與技術研究所首次利用雷射代替微波研製出第一個光學時鐘。2004年，英國國家物理實驗所的科學家對這種光學時鐘進行了改進。2008年，美國國家標準與技術研究所再次研製出一種新型光學時鐘，比當時最先進的原子鐘精準了21倍。