不断“进化”的 时钟

谁都知道，时钟不是时间本身，只是记录时间脚步的一种计时器而已。

但就是这貌似平凡的时间显示器，却有着悠久的发展历史，它在推动人类文明进步的同时，

也随着人类文明的不断“进化”而不断改头换面。

研究证实，公元前1500年出现的日晷，就是人类最古老的计时器，埃及人首先开始使用这项技术。日晷通常由铜制的指针——晷针，和石制的圆盘——晷面组成。当太阳光照在日晷上时，晷针的影子就会投向晷面，太阳由东向西移动时，投向晷面的晷针影子也会慢慢地由西向东移动。于是，移动着的晷针影子好像是现代钟表的指针，晷面则是钟表的表面，以此来显示时刻。在我国，圭表算是一种最古老的计时器了，其计时原理与日晷非常类似，只不过圭表是利用太阳射影的长短来判断时间的，一寸光阴一寸金的说法，就是从圭表上引申出来的。

大概在日晷出现的千年之后，人类的计时器得到了升级，出现了漏刻这种更加小巧和精致的计时器。这种计时器不仅古代

中国用，而且古埃及、古巴比伦等文明古国都使用过。漏刻由漏壶和标尺两部分构成。标尺置于壶中，随壶内水位变化而上下运动，以壶口处标尺上的刻度指示时刻。后来我国还出现了一些与漏刻结构原理类似的计时工具，如水漏和以沙代水的沙漏等

现在的时间显示器与笨重的古代相比，就更加小巧、轻便和精致了许多。但不管现代钟表的表面样式大小、造型有多少种变化，但从计时动力源来归类，不外乎有机械表、电子石英表和数字电子表三种。前两种表都有指针和表盘，用秒针带动分针、分针带动时针来计时；后一种是用电子数字的显示变幻来计时。从动力源来讲，机械表的动力源是发条与传动齿轮，电子石英表和电子表的动力源则是水晶片在电压作用下产生的振动，以及相关的电力推动。不过，从古到今这些林林总总的时钟，总体上都属于太阳“大时钟”，都是按照地球自转和公转来划分时间段和定义秒的长度的。但这种时钟，其精准度都不够高，还需要进一步“进化”升级。

为什么现代时钟还需要“进化”升级呢？因为在20世纪中叶量子力学的发展，促使科学家们对微观世界的研究更加深入和广泛了，例如科学家们先后开展了诸如光谱超精细结构、光磁共振等实验及研究，这些研究对现代各个领域里高科技的发展，都非常重要。但研究这些领域，读秒计时就要求更加精准和细腻了，以天体运动为标准来计时，就显得捉襟见肘了。

为此，科学家想到了用原子运动来作为计时标准，研制能够为微观世界发展变化计时的“微时钟”。1967年，国际计量大会决定采用

原子

秒定义，从而有了国际化的“微时钟”标准。而所谓原子秒，这是由原子内部能级跃迁所发射或吸收的电磁波频率，建立的计时系统。具体说来，就是将铯-133原子的

能级

跃迁所发射或吸收的电磁波总次数，即9192631770个周期变化，定义为一秒。由于这种电磁波非常稳定，再加上利用一系列精密的仪器进行控制，所以以此作为原子钟来计时，这样一来，人类计时的精准度就大大提高了。它的误差约为每37亿年1秒。

目前，世界上第一台原子钟是安放在美国科罗拉多州国家标准和技术研究所的原子钟——NIST-F1，这台原子钟并不能直接显示钟点，也不是专门为人们日常生活提供标准计时或者标准时间，它的主要功用就是为科研提供高精度的计时。

按说误差约为每37亿年1秒的原子钟已经够精准了，但科学家认为“微时钟”还可以更精准，因为研究微观世界的奥秘，计时越精准才越给力。所以，科学家们一直在进行着这方面的艰难探索。

前不久，“微时钟”的研究就有了新突破。如美国国家标准技术研究中心的科学家就制造了一种量子时钟。这种超精确时钟的原理基于单铝离子的快速振动。失去一个电子的铝原子——单铝离子，被限制在真空中的电磁场里，余下的电子则在原子核周围形成电子层，然后科学家使用激光脉冲拍动电子层，让单铝离子像铃铛一样振动，这样，铝离子每秒能振动1.1×10

¹⁵

次，成为了超级振动器。这种量子时钟的误差约为每370亿年1秒，其精准度是原子钟的10倍。

最近，美国一组国际研究人员又设计出了一种新的核子钟，这种核子钟利用激光使原子中的电子以一种十分精确的方式运动。该计时器的误差约2800亿年1秒，比我们现在使用的原子钟精确 75倍多。

科学家指出，“微时钟”越来越精准，不但有助于微观世界的研究，还有助于提高GPS的准确性、预测地震、验证爱因斯坦的相对论等等。此外还有助于超精确导航，监控深空探测器。当然，未来这种精密的“微时钟”的技术应用，范围还会更宽更广。