張首剛(中)在與科研團(tuán)隊(duì)成員交流
“現(xiàn)在幾點(diǎn)?”
“這表準(zhǔn)不準(zhǔn)?”
你知道生活中我們隨口問(wèn)的這兩個(gè)問(wèn)題,意味著什么嗎?
你一定想不到,這是兩個(gè)嚴(yán)肅的科學(xué)問(wèn)題——什么是時(shí)間?什么是標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間?
前不久,我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)成功研制萬(wàn)秒穩(wěn)定度和不確定度均優(yōu)于5×10?1?(相當(dāng)于數(shù)十億年的誤差不超過(guò)1秒)的鍶原子光晶格鐘。在此基礎(chǔ)上,研究團(tuán)隊(duì)還對(duì)鍶原子光晶格鐘的系統(tǒng)頻移因素開(kāi)展了逐項(xiàng)評(píng)定,最終得到其系統(tǒng)不確定度為4×10?1?,相當(dāng)于72億年僅偏差1秒,已部分滿足“秒”重新定義的要求,對(duì)未來(lái)構(gòu)建新一代全球時(shí)間基準(zhǔn)乃至提供引力波探測(cè)、暗物質(zhì)搜索的新方法等具有重要價(jià)值。
這是一個(gè)與“時(shí)間”賽跑的故事——從研發(fā)國(guó)內(nèi)首臺(tái)激光抽運(yùn)小型銫原子鐘、系列微型化銣原子鐘,到承建增強(qiáng)型羅蘭授時(shí)系統(tǒng)以及差分系統(tǒng)、甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量網(wǎng),科技工作者圍繞“守時(shí)—授時(shí)—用時(shí)”時(shí)間頻率產(chǎn)業(yè)鏈,不斷突破關(guān)鍵核心技術(shù),支撐國(guó)家時(shí)間頻率體系建設(shè)。
中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心地下一層,放置著“北京時(shí)間”產(chǎn)生的核心設(shè)備——原子鐘組和世界時(shí)測(cè)量系統(tǒng),工作人員時(shí)刻關(guān)注屏幕上不斷跳動(dòng)的數(shù)字,分毫不差地把產(chǎn)生的“北京時(shí)間”發(fā)播到全國(guó)。
“時(shí)間”,由此而來(lái)。
但地球自轉(zhuǎn)速度是越來(lái)越慢的,以地球自轉(zhuǎn)為基礎(chǔ)的世界時(shí)其實(shí)并不均勻。尤其在如今的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中,1納秒(十億分之一秒)的時(shí)間誤差就會(huì)導(dǎo)致0.3米的距離誤差。
為獲得既準(zhǔn)又穩(wěn)的時(shí)間,科研團(tuán)隊(duì)瞄向“精微”,利用原子基態(tài)能級(jí)躍遷特性,通過(guò)測(cè)量原子振動(dòng)的周期制造出高精度時(shí)鐘設(shè)備原子鐘,“時(shí)間”的標(biāo)準(zhǔn)由此被重新定義。
“‘北京時(shí)間’就是由一套幾十臺(tái)守時(shí)原子鐘實(shí)時(shí)比對(duì)‘世界時(shí)’測(cè)量產(chǎn)生的?!背啥继鞀W電子服務(wù)有限公司高級(jí)工程師董道鵬介紹,可用于守時(shí)原子鐘組的激光抽運(yùn)小型銫原子鐘,由中國(guó)電科與國(guó)家授時(shí)中心聯(lián)合研制,每30萬(wàn)年誤差1秒,成功應(yīng)用于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間產(chǎn)生系統(tǒng)、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等重要工程,以及電力、通信和計(jì)量等重要領(lǐng)域。
從“每30萬(wàn)年誤差1秒”到“72億年僅偏差1秒”,原子鐘正變得越來(lái)越精準(zhǔn),滿足了科技發(fā)展對(duì)時(shí)間精度的需求。但生活在地球上的人們是按照地球的自轉(zhuǎn)規(guī)律(太陽(yáng)升起和降落)來(lái)安排工作和生活,因此,人們離不開(kāi)世界時(shí)。