为什么原子钟是最准的 一秒的时间有多长

一秒有多长？

确切地说，究竟什么是一秒？自从第一个落地式大摆钟在17世纪中叶开始一秒一秒走动以来，人们就一直在对这个问题进行解释。

简单地说，1秒是1/60分钟，即1/3600小时。不过，这么回答又会引发其他问题。毕竟，接着还要解释什么是小时。这个问题的答案与古代文明的最佳计时方式有关——地球在宇宙中的运动。地球自转一圈的时间，以及它绕太阳转一圈的时间，是相当稳定的。在人类历史的大部分时间里，这足以作为标记时间流逝的方式。天、小时、分钟都只是从地球运动衍生而来。

然而，到了今天，当计算机以每秒40亿次的速度执行运算时，我们需要一个更好的时间测量方法。无论是地球的自转还是公转，都会随着时间流逝而发生轻微改变。就比如说，地球的自转略有放缓。因此，根据地球自转测量一秒的长度就意味着一秒的持续时间会逐渐变长。

人们最初以行星的运动来进行计时

因此，为了确定一个真正永久性的时间测量标准，科学家在20世纪50年代设计了一个更好的时钟，不是以地球运动为基础，而是以原子的运动为基准，因为原子振动极其稳定。今天，一秒被定义为铯-133（铯与钠为同一主族元素）原子基态的两个超精细能级之间跃迁对应辐射9,192,631,770个周期的时间。

当用激光照射时，铯原子最外层的单个电子会在两个状态之间来回循环，即所谓的超精细跃迁，这个速率是恒定的。虽然其他元素也有这样的性质，但铯只有一种稳定的同位素，因此它更容易提纯。此外，相比起其他原子，铯的超精细跃迁足够大，速度足够快，所以表示时间更为精确。

当然，用铯原子定义的一秒并没有与原来的一秒有着很大的不同。一秒的长度还是一样的，但现在，它将永远保持不变。目前的铯原子钟非常精确，它们在2000万年的时间里误差只有一秒钟。

铯原子钟

但这对科学家来说还不够。虽然原子时钟在校准计算机、GPS系统等方面都起到重要的作用，但为了获得更快的处理器和更好的定位系统，我们还需要更好的计时系统。在2016年，德国科学家提出了一种更好的原子钟，它基于锶元素，使用可见光而不是微波辐射进行校准。锶的周期比铯快得多，跃迁频率更高，这样做出来的原子时钟就更加精确。据估计，锶原子钟在3亿年的时间里误差只有一秒钟。

不过，锶原子钟还在研发之中，铯原子钟至今仍是最终选择的计时器。当你在调整手表，或者手机自动更新内置时钟之时，都有那么一个铯原子，与它的过去、现在以及未来完美地产生共振。