一秒有多長？

確切地說，究竟什么是一秒？自從第一個(gè)落地式大擺鐘在17世紀(jì)中葉開始一秒一秒走動(dòng)以來，人們就一直在對這個(gè)問題進(jìn)行解釋。

簡單地說，1秒是1/60分鐘，即1/3600小時(shí)。不過，這么回答又會(huì)引發(fā)其他問題。畢竟，接著還要解釋什么是小時(shí)。這個(gè)問題的答案與古代文明的最佳計(jì)時(shí)方式有關(guān)_地球在宇宙中的運(yùn)動(dòng)。地球自轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間，以及她繞太陽轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間，是相當(dāng)穩(wěn)定的。在人類歷史的大部分時(shí)間里，這足以作為標(biāo)記時(shí)間流逝的方式。天、小時(shí)、分鐘都只是從地球運(yùn)動(dòng)衍生而來。

然而，到了今天，當(dāng)計(jì)算機(jī)以每秒40億次的速度執(zhí)行運(yùn)算時(shí)，我們需要一個(gè)更好的時(shí)間測量方法。無論是地球的自轉(zhuǎn)還是公轉(zhuǎn)，都會(huì)隨著時(shí)間流逝而發(fā)生輕微改變。就比如說，地球的自轉(zhuǎn)略有放緩。因此，根據(jù)地球自轉(zhuǎn)測量一秒的長度就意味著一秒的持續(xù)時(shí)間會(huì)逐漸變長。

人們最初以行星的運(yùn)動(dòng)來進(jìn)行計(jì)時(shí)

因此，為了確定一個(gè)真正永久性的時(shí)間測量標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)家在20世紀(jì)50年代設(shè)計(jì)了一個(gè)更好的時(shí)鐘，不是以地球運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ)，而是以原子的運(yùn)動(dòng)為基準(zhǔn)，因?yàn)樵诱駝?dòng)極其穩(wěn)定。今天，一秒被定義為銫-133（銫與鈉為同一主族元素）原子基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)能級之間躍遷對應(yīng)輻射9,192,631,770個(gè)周期的時(shí)間。

當(dāng)用激光照射時(shí)，銫原子最外層的單個(gè)電子會(huì)在兩個(gè)狀態(tài)之間來回循環(huán)，即所謂的超精細(xì)躍遷，這個(gè)速率是恒定的。雖然其他元素也有這樣的性質(zhì)，但銫只有一種穩(wěn)定的同位素，因此她更容易提純。此外，相比起其他原子，銫的超精細(xì)躍遷足夠大，速度足夠快，所以表示時(shí)間更為精確。

當(dāng)然，用銫原子定義的一秒并沒有與原來的一秒有著很大的不同。一秒的長度還是一樣的，但現(xiàn)在，她將永遠(yuǎn)保持不變。目前的銫原子鐘非常精確，她們在2000萬年的時(shí)間里誤差只有一秒鐘。

銫原子鐘

但這對科學(xué)家來說還不夠。雖然原子時(shí)鐘在校準(zhǔn)計(jì)算機(jī)、GPS系統(tǒng)等方面都起到重要的作用，但為了獲得更快的處理器和更好的定位系統(tǒng)，我們還需要更好的計(jì)時(shí)系統(tǒng)。在2016年，德國科學(xué)家提出了一種更好的原子鐘，她基于鍶元素，使用可見光而不是微波輻射進(jìn)行校準(zhǔn)。鍶的周期比銫快得多，躍遷頻率更高，這樣做出來的原子時(shí)鐘就更加精確。據(jù)估計(jì)，鍶原子鐘在3億年的時(shí)間里誤差只有一秒鐘。

不過，鍶原子鐘還在研發(fā)之中，銫原子鐘至今仍是最終選擇的計(jì)時(shí)器。當(dāng)你在調(diào)整手表，或者手機(jī)自動(dòng)更新內(nèi)置時(shí)鐘之時(shí)，都有那么一個(gè)銫原子，與她的過去、現(xiàn)在以及未來完美地產(chǎn)生共振。