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“工夫魔盒”原子钟

文章泉源:科技日报   公布工夫:2018-12-14  【字号:     】  

  工夫是人类生存中最紧张的事物之一,中国自古就有“一刻千金”的谚语。英国闻名物理学家霍金的科普著作《工夫简史》风行环球,中国盛行歌曲“工夫都去哪儿了”也广为传唱,都阐明了人们对付工夫的器重和存眷。工夫不光在一样平常生存中饰演紧张脚色,在迷信研讨中也起着无足轻重的作用,研讨天体以致种种地球物体的活动都离不开对工夫的丈量。以是,近代迷信大师牛顿在其划期间的著作《天然哲学的数学原理》一开端,就对工夫举行了讨论和界说。他以为,工夫是“相对的、真实的和数学的”,而且“均一的活动”“与任何内在的工具有关”,但可以经过物体的活动被觉得到并举行器量。

  现实上,经过物体活动对工夫举行计量,无论在中外都有久长的历史。人类履历了诸如日晷、漏刻、沙漏、钟摆、石英震荡等等计时方法之后,在20世纪四十年月末,由于美国迷信家创造了一种使用丈量原子稳固能级之间跃迁的方法来计时的要领后,进入了所谓的“原子钟期间”。

  原子钟的计时方法是接纳丈量一种稳固的原子能级之间的跃迁频率作为计时的要领。颠末革新后,这种计时方法比已往的地理钟和石英震荡钟都要细密和稳固得多。因而,在1967年,国际器量衡大会决议接纳原子钟来界说基本工夫单元,即用铯元素独一的稳固同位素铯-133原子基态的两个超精致能级之间跃迁所对应辐射的9192631770个周期所连续的工夫长度作为1秒。到20世纪末,一方面经过进一步对原子钟的利用条件举行严酷划定,另一方面经过技能革新,比方利用激光冷却和原子俘获,以及更细密的激光光谱技能,使原子钟的准确性有了更大的进步。这种准确的计古装置使工夫的计量越发同一和正确,为迷信技能研讨、当代消费运动和人们的一样平常生存都带来了很大的方便。

  进入21世纪,迷信家不光在原子钟的正确性方面继承高兴,还在原子钟的微型化和节能化方面狠下工夫,使得新一代原子钟完成了芯片级的跃升,所需能量也大大低落,从而在稳固性和细密性方面再一次失掉了极大的优化,并进入到了贸易化推行阶段。

  以后,原子钟在事情物质方面也开端多样化,不再限于铯元素,也包罗铅、氢、铷、锶、镱元素等。事情形式则分为光学原子钟和量子原子钟等多种差别的形式。原子钟乃至曾经打破了单纯原子的边界,开端朝着原子核和单个离子特性丈量的偏向生长。从这个意义上讲,称之为原子钟好像已不克不及完全涵盖其内在,大概称为“粒子钟”越发贴切。特殊紧张的希望还在于,现在的原子钟已不但限于作为一种准确的计古装置失掉使用,还成为迷信家研讨宇宙天体以致地形地貌等更遍及迷信范畴的新型探测东西。

  后面提到牛顿的相对工夫,现实上凭据绝对论实际,我们曾经晓得工夫并非相对匀称的流逝历程,在差别的引力条件下工夫流逝是有肯定差别的,大概换言之,物质的时空活动状态出现出差别的特性。反应到原子钟的运转上,当时间快慢也由于引力场的作用而有所差别。但一样平常原子计古装置大概无法发觉到这种巨大差别,只要超细密的原子钟才有大概探测到这个差别。基于这个思绪,在现在更新一代原子钟技能的底子上,迷信家开端经过探测当时间差别来研讨差别宇宙天体的变革所惹起的引力波征象。据英国《天然》杂志的报道,迷信家也在使用便携衰落型细密原子钟来丈量山脉的高度,其原理也是基于山峰和谷底引力变革所招致的工夫差别。

  可以预见,随着原子钟技能的不停生长,一方面其为更辽阔的迷信技能范畴,比方宇宙天体、天然卫星、地形地貌、半导体芯片等的研讨使用发明新的时机,另一方面也将遍及到更遍及的消费和生存范畴,为人们的一样平常生存带来更多的方便。

  (作者:王大明,系2018注册免费送白菜_可靠平台大学人文学院传授)




(责任编辑:侯茜)

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