1948年，美國國家標準局（現(xiàn)為美國標準技術研究所）建造了世界上第一臺原子鐘。不過，這臺原子鐘使用的不是銫原子，而是被加熱后從銅管中射出的氨原子。盡管這臺“氨微波激射器”證明了原子鐘的概念是可行的，但它從未真正用于計時。它每4個月的誤差大約1秒，比現(xiàn)有的石英鐘技術還更不可靠。石英鐘是一種基于電荷作用下石英晶體振動的精確時鐘技術。

　　最終，科學家轉而使用振蕩更短的銫，并通過各種方式改進了設計。1959年的一臺原子鐘模型成功地使時間誤差達到每2000年誤差1秒；到1964年，原子鐘已經(jīng)變得極為精確，需要6000年時間才能達到加減1秒的誤差。今天，最先進的原子鐘可以達到數(shù)億年時間內(nèi)誤差不超過1秒的標準。
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　　4。 銫，用于原子鐘的東西，是一種奇怪的元素

　　銫元素是1860年由德國化學家羅伯特·本生發(fā)現(xiàn)的，他是高中化學中常見的高溫加熱工具本生燈的發(fā)明者。在20世紀90年代早期，銫的奇妙性質甚至激發(fā)一些人在網(wǎng)絡上創(chuàng)建了一個名為“Alt.cesium”的新聞組，致力于“討論、贊美、敬奉、崇拜和發(fā)布關于這種最崇高元素的歌曲、詩歌、故事和寓言”。銫通常被稱為“另一種金色金屬”，它是三種不呈灰色或亮銀色的金屬之一（另外兩種是金和銅）。

　　在自然界中能發(fā)現(xiàn)的銫同位素是銫-133，這也是唯一穩(wěn)定的銫同位素，但很難找到其確切分布。產(chǎn)量最大的銫-133天然來源是一種稀有的礦物質，稱為銫沸石（pollucite）。盡管銫是一種金屬，但它可以在非常低的溫度下熔化，熔點僅為28.4攝氏度，是少數(shù)在接近室溫條件下為液態(tài)的金屬元素之一。當銫接觸到冷水時會發(fā)生爆炸反應。在空氣中，銫有時會自發(fā)燃燒，出現(xiàn)明亮的天藍色火焰。
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　　5。 原子鐘的計時實際上用的是一大塊石英，而不是單個銫原子

　　你可能會對這一點感到困惑，因為前面已經(jīng)說明了原子鐘是利用了銫的振蕩才變得更加精確。但在原子鐘內(nèi)部，真正計時的部分是一個標準的石英晶體振蕩器，它將一塊晶體置于電流中，使其振蕩。不同之處在于，在大多數(shù)普通的石英鐘中，振蕩器在制造過程一開始就被精確調(diào)整，之后就不會檢查或調(diào)整它的頻率，這意味著隨著時間的推移，輕微的變化也會使石英鐘變快或變慢。然而，在原子鐘中，銫的振蕩可以檢查石英晶體裝置的頻率，從而保持驚人的計時準確性。
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　　6。 2008年，地球上的每個原子鐘都同時增加了一秒

　　2008年12月31日晚7點前，科學家們將世界各地的原子鐘都提前了一秒，以使基于原子時秒長的協(xié)調(diào)世界時（UTC）與地球自轉同步。這并不是原子鐘的問題，而是地球的自轉會每天大約減慢兩毫秒，原因包括空間塵埃、磁場風暴、太陽風、大氣層阻力等，最重要的是月球對地球的引力作用。

　　所有這一切造成的影響就是太陽日的延長，并使其稍稍偏離超級精確的原子鐘。這種差異需要幾百年的時間才能顯現(xiàn)出來，但為了防止這種情況發(fā)生，1972年的一項國際協(xié)議規(guī)定，原子鐘將定期與協(xié)調(diào)世界時同步調(diào)整。
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　　7。 用原子鐘證明時間在海拔越高的地方過得越快

　　住在山上的人比住在海灘上的人衰老得更快，這聽起來有些荒謬，但卻是事實。這個概念最早是一個世紀前由物理學家愛因斯坦提出的，他的狹義相對論假設時間不是常數(shù)，而是相對的。2010年，美國國家標準與技術研究所（NIST）的物理學家周清文和同事進行了一項實驗，以驗證愛因斯坦的推理。他們將兩個原子鐘分別放置在海平面上方相隔30厘米的地方，發(fā)現(xiàn)位置更高的原子鐘運行的速度越快。當然，從實際數(shù)值來看差別并不明顯；根據(jù)周清文的說法，在79年的生命中，山上的居民會多衰老約900億分之一秒。
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　　8。 科學家利用激光束使原子鐘更精確

　　原子鐘本質上是用微波轟擊銫原子，激發(fā)一些可以被科學家測量的現(xiàn)象。傳統(tǒng)原子鐘的局限性在于，微波只能捕捉到一小部分銫原子，而通過將原子置于激光束中——這個過程被稱為激光抽運（laser optical pumping）——就可以減慢原子的速度，使微波有更多的機會擊中它們，從而產(chǎn)生了更精確的信號，使科學家能夠使用銫原子振蕩來更準確地標記時間。奇怪的是，這一過程也會冷卻銫原子，甚至能低至開爾文溫標的百萬分之一度，幾乎就是絕對零度。

　　9。 原子鐘讓你的電話交談更加容易

如今，電信公司以數(shù)據(jù)包（packet）的形式來傳輸語音，這使他們能夠在同一時間通過電話線傳輸大量的通話。當你給另一個城市的人打電話時，你的語音會被分解并在兩端的計算機之間傳輸，一個對話與另一個對話之間會來回往復，每秒鐘可達數(shù)千次。然而，要實現(xiàn)這一切，兩臺計算機必須保持完美的同步，否則通話就會變得混亂，聽起來像是胡言亂語。這就是現(xiàn)在的電信公司都配有原子鐘的原因——保持計算機之間的時刻幾乎完全同步。
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　　10。 下一代原子鐘保持精準的時間或許能與宇宙年齡相當

　　科學家們一直在構思使原子鐘越來越精確的方法。美國佐治亞理工學院和內(nèi)華達大學的研究人員取得了一個令人興奮的進展。用極其簡化的術語來說，他們想用激光來重新排列原子的各個部分，從而利用一個繞軌道運行的中子（而不是電子）作為“鐘擺”。結果可能就是一個比現(xiàn)在任何時原子鐘都精確上百倍的時鐘，據(jù)估計到140億年后只損失或增加不到二十分之一秒。


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