长歌行

〔汉〕汉乐府

青青园中葵，朝露待日晞。

阳春布德泽，万物生光辉。

常恐秋节至，焜黄华叶衰。

百川东到海，何时复西归？

少壮不努力，老大徒伤悲！

这首诗以葵菜从春到秋短暂的生命历程打比方，劝诫人们珍惜当下，不要挥霍青春好时光，以致人到暮年为各种错失的人生机遇而追悔莫及。人在年轻的时候，就应该为了梦想而不懈努力，即使没有完全成功，至少此生无憾。

时间，一把特殊的尺子

时间，究竟是什么？为什么随着时间的流逝，世间万物生灵的生命都将衰老、逝去且不可逆转？时间是宇宙中记录宏观和微观事件发生过程的一把尺子，是一把我们看不见、摸不着、找不到其物质实体和能量存在的特殊尺子。我们只能通过事物发生过程和发生结果，才能体验到它的存在。

对时间本质的思考，曾经困扰了很多杰出的物理学家。爱因斯坦提出的相对论，至今对大部分人来说，仍是非常烧脑的物理学理论。今天，我们不去探讨时间的本质，而是科普一下时间的测量。

时间测量的发展

在古代，人们就想对时间的流逝进行测量。他们白天利用地面上垂直竖立的长杆的影子变化，夜里利用沙漏中沙子的流动，将白天和黑夜进行一段段粗略的划分，约定成俗，以完成特定时间内的特定活动。

机械钟表的发明，将一天划分为等时长的24小时，每一小时又被划分为均等的60分钟，每一分钟又被等分为60秒。靠齿轮传动的机械钟表对时间的划分准确吗？实际上，除了机械钟表内部的擒纵装置需要不时重新调整，即上发条，机械钟表的计时准确度确实存在问题。进入20世纪后，随着科技的发展，一些科研设备对计时提出了更高的要求。

机械钟表

于是，利用石英振荡器的振荡频率作为计时基准的石英钟，于1928年在美国贝尔实验室应运而生。经过近百年的发展，目前石英钟的计时能准确到十万分之一秒。

石英钟表

蓬勃发展的航天事业对计时的精准度要求更高。因为按照爱因斯坦的相对论，在引力场内，时间和空间都会发生弯曲。比如，在外太空和海平面，时间并不完全一致。于是，利用原子本身微小的振动频率信号来测量时间的原子钟呼之欲出。

原子钟

1989年，诺贝尔物理学奖授予原子钟的3位发明者——诺曼·拉姆齐、汉斯·格奥尔格·德默尔特和沃尔夫冈·保罗，以表彰他们“发展了离子捕集技术”。前两者是美国科学家，后者是德国科学家。

1940年，拉姆齐的导师就意识到了铯-133的超精细结构有可能作为频率测量的基准。然而，直到第二次世界大战后，才有了研发原子钟的配套技术条件。

世界上第一台原子钟是以氨分子作为磁振，于1949年制成的。1952年，才出现世界第一台铯原子钟，将时间测量精度提高到每100万年误差1秒。

原子钟计时为何如此精准

原子钟的原理并不晦涩难懂，技术条件和设备要求却很苛刻。但不是所有种类的原子都可用来做原子钟，像铯-133、铷-87等能级结构、振动频率固定的原子才能入选。

通过发射与原子内电子跃迁频率匹配的特定频率微波信号，原子会吸收掉微波的能量，利用这些能量，让原子内部的电子从低能级跃迁到高能级，并释放多余的能量。原子钟利用这个特征，监测被激发的原子数量，然后将电子的跃迁频率转化为时间。

铯原子内的电子跃迁频率为9 192 631 770赫兹（赫兹是表示次 / 秒的单位），即把每秒都拆分为9 192 631 770次，这就得到了更精准的计时。1967年，第十三届国际度量衡大会将“秒”定义为：铯-133原子振荡9 192 631 770次为1秒。

（文/许秀华 图/视觉中国）

来源: 科普江苏

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