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      一秒有多長時間? 發布時間:2023-11-23 20:47 來源:參考消息網

        參考消息網11月23日報道?美國趣味科學網站11月20日刊登題為《一秒有多長時間?》的文章,文章指出,人們習慣于一秒是一個固定的時間增量,然而數百年來,這個小小的時間單位發生了數次變化。文章編譯如下:

        一秒鐘的時間長度取決于你的計量方式。

        一天有24小時,一小時有60分鐘,一分鐘有60秒,所以可以肯定的是,一秒只有一天的1/86400,對嗎?其實呢,定義時間并不那么簡單。

        我們習慣于一秒是一個固定的時間增量,然而數百年來,這個小小的時間單位發生了數次變化。

        英國國家物理實驗室資深科學家彼得·惠伯利告訴趣味科學網站:“最初,秒是基于一天的長度計算的。人們觀察到太陽掠過頭頂,于是開始利用日晷測算太陽的運動。這類裝置直接根據太陽在空中的位置來計算時間,稱為真太陽時?!?/p>

        可是,日晷存在一些缺陷。如果看不見太陽,就無法讀出日晷時間。除此之外,依靠地球自轉(也稱為天文時)是極其不準確的。

        惠伯利說:“自轉并不是精確恒定的。地球自轉速度隨著時間變化而加速或放慢。它存在季節變化、因灼熱的地心變化而形成的日積月累難以預測的巨大變化,以及潮汐漲落引起的較長期減速?!?/p>

        因此,如果采用如此不可靠的一天的時間長度,我們如何能精確測量時間呢?

        16世紀,人們求助于技術手段解決這個問題,于是第一批可識別的機械鐘開始問世。

        阿姆斯特丹大學物理學家蘇米特·薩卡爾告訴趣味科學網站:“基本上,制作鐘表的核心從根據太陽的位置計時變成了制作一個振蕩器并將固定量的振蕩定義為等于一秒?!?/p>

        最早的機械樣品是擺鐘,按照一年均值,設計特定頻率——相當于一天文秒——滴答計時。接下來的幾百年里,科學家制作了更好、更精確的振蕩器,研發了其他各種計時系統,包括彈簧和齒輪。

        1940年前后,石英晶體鐘成了新的黃金標準。薩卡爾說:“如果你向一塊精心制作的石英施加電壓,它就開始振動,于是你就能非常精確地調整振蕩頻率。盡管這種精確度對于普通應用已經很好了,但是還不足以供真正的技術應用,比如互聯網、全球定位系統或從事基礎研究?!?/p>

        因為每一片石英都是獨一無二的,而且視其溫度和壓力等物理條件的不同,共振也略有不同。為了實現真正的精確,鐘表必須根據一些獨立、不變的參照進行設置。這就是原子鐘的切入點。

        惠伯利解釋:“原子具有天然的固定共振。它們僅以特定的能量狀態而存在,而且只能通過吸收或釋放一定量的能量從一種狀態變成另一種狀態。這種能量對應精確的頻率,因此你可以利用這個頻率作為計時參照?!?/p>

        第一臺實用原子鐘于1955年問世,它測算了一天文秒時間內這些微波誘導的銫原子能量躍遷的次數。1967年,全球科學界一致同意根據一個數字重新定義一秒的長度,即國際單位制現在對一秒的定義:銫原子9192631770次能量振蕩持續的時間。

        此后,天文秒在繼續變化,與此同時原子秒保持在精確的9192631770次振蕩。天文時的這些變化實際上意味著,每隔幾年,科學家必須增加一閏秒,從而讓地球放慢的自轉跟上原子時間的速度。這個閏秒將于2035年取消,但惠伯利說,科學家和政府機構尚未想出如何處理這個微小差異。

        然而,科學家并不滿足于這個精確到千萬億分之一秒的定義。世界各地的研究團隊都在研究更加精確的光學原子鐘:利用鍶和鐿等元素中能量更高的可見光誘導的原子躍遷,將這種精確度提高100倍以上。事實上,科學家正在討論是否應利用紫外線和可見光源取代微波,根據光學時鐘振蕩再次重新定義一秒的時間長度。

        雖然在此之前,若干重要問題仍需解答,但是顯而易見,一秒的精確定義可能會更改。

      責任編輯:石啟立

      審核:劉海龍

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