當(dāng)人類意識到時間的流逝,，便開始利用周期性現(xiàn)象對時間進(jìn)行追蹤。遠(yuǎn)古時期,，人類通過草木枯榮判定季節(jié),，通過觀察太陽、月亮在天空中的運(yùn)動來判斷時間,，日出而作,，日落而息。后來,，人們探索出了通過滴水來計時的水鐘,，流沙計時的沙漏等。二戰(zhàn)后,，美國國家物理實驗室研制出了世界上第一臺原子鐘,，但這個鐘需要一個房間的設(shè)備，復(fù)雜度過高,，實用性不強(qiáng),，但代表了人類一個歷史性的跨越。1967年,，秒長的定義溯源到了原子上,。此后,，各種原子鐘相繼問世，成了目前世界上最準(zhǔn)確的計時工具,，實用性也越來越高,，能夠滿足多種場景的應(yīng)用需求。

原子鐘其實離人們?nèi)粘Ｉ詈芙?。例如,，原子鐘在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中發(fā)揮著“心臟”般的作用。衛(wèi)星導(dǎo)航使人們的日常生活變得非常便捷,，當(dāng)我們拿出手機(jī)打開導(dǎo)航軟件,，能夠看到自己的地理位置，輸入目的地,，導(dǎo)航軟件能夠規(guī)劃路線,，且實時告訴我們需要向左轉(zhuǎn)還是向右轉(zhuǎn)。這是如何做到的呢,？

我們先來看一下衛(wèi)星導(dǎo)航與定位的原理,。在三維空間中，建立坐標(biāo)系,，當(dāng)已知3個點(diǎn)的坐標(biāo)以及第四個未知點(diǎn)分別與已知點(diǎn)之間的距離,，那么未知點(diǎn)的坐標(biāo)就可以被確定。同理,，當(dāng)我們在地球上仰望天空,，至少能夠同時看到3顆衛(wèi)星，衛(wèi)星飛行在自己的軌道上,，它的運(yùn)行軌跡被編入星歷,，同時接收3顆衛(wèi)星發(fā)來的星歷，經(jīng)過解算,，可以知道衛(wèi)星的位置,。此外，還需要知道我們與衛(wèi)星之間的距離,，物理學(xué)知識告訴我們,，距離等于速度乘以時間，光傳播速度是每秒30萬公里,，所以只需要知道信號傳播時間就可以了,。此時，我們發(fā)現(xiàn),，導(dǎo)航定位的關(guān)鍵便是時間的測量,。

這就需要原子鐘隆重登場了,，每顆衛(wèi)星及地面站里都配備了一組原子鐘,，時間信號隨星歷一同發(fā)送,，在解算衛(wèi)星位置的過程中，也能夠同時得到時間信息以及距離,。這樣,，我們的位置便可以被計算出來。

日常生活中的手機(jī)等電子產(chǎn)品,，通常內(nèi)置了導(dǎo)航模塊,，能夠?qū)崟r接收衛(wèi)星發(fā)射的信號并依據(jù)一定的算法進(jìn)行解算。于是,，便有了我們對自身位置的實時掌控,。如果原子鐘提供的時間誤差在1微秒，那么定位誤差將高達(dá)300米,。如果要達(dá)到米量級的導(dǎo)航,，在不考慮其他誤差因素的情況下，原子鐘提供的時間誤差需保持在3納秒,。也就是說,，時間的精密測量決定了導(dǎo)航定位的精度，如果沒有原子鐘,，就無法實現(xiàn)準(zhǔn)確導(dǎo)航了,。

原子鐘究竟有多準(zhǔn)呢？讓我們來跟常見的機(jī)械手表,、石英鐘對比一下,。當(dāng)我們帶著機(jī)械手表開著車，繞著北京四環(huán)跑1圈,，大概1個小時吧,，機(jī)械手表就偏差了1秒；對于石英鐘來說,，偏差1秒差不多需要270年,，也就是說，假如我們帶著一塊石英鐘回到清朝,，在乾隆下江南偶遇夏雨荷時送給她,，那么，到2022年的今天,，這塊表只偏差了1秒,；原子鐘偏差1秒需要多久呢，3000萬年,！假如我們送給地球上最后一只霸王龍一臺原子鐘,，那么到今天，這臺原子鐘只偏差了2秒。

放眼元素周期表上100多種元素,，適合研制原子鐘的只有10余種,，而這些原子，又有著不同的脾氣與秉性,，需要被小心翼翼地區(qū)別對待,。因此，抓住原子之后呢,，科學(xué)家還要保證它們不被外界磁場,、電場、溫度變化等打擾,。一臺原子鐘的復(fù)雜程度也許會超出人們的想象,，可能會用到數(shù)十顆螺絲釘，數(shù)百個電子元器件,，經(jīng)過上千次測試驗證,，凝結(jié)著無數(shù)科研工作者的心血。

浩瀚宇宙中藏著未知的秘密,，我們渴望知道黑洞里面是什么樣子,，我們渴望看到引力波的痕跡，我們也渴望與地球外的生物對話,，這些對未知的向往,，使人類從未停止對時間頻率測量精度的追求，原子鐘精度的紀(jì)錄還在被不斷刷新,。一臺臺服務(wù)生活的原子鐘,，是航天事業(yè)工作者不懈努力的結(jié)果，是繼續(xù)前進(jìn)的動力,，更是航天精神的映照,。

  朱璽（中國航天科工二院203所設(shè)計師） 來源：中國青年報

（編輯：月兒）