时间度量

年、月、日、秒长度如何定义的问题。

世界时秒长

自十七世纪以来,天文学家们以地球自转和世界时作为时间尺度:

当地球绕轴自转一周,地球上任何地点的人连续两次看见太阳在天空中同一位置的时间间隔为一个平太阳日。

1820年法国科学院正式提出:

一个平太阳日的1/86400为一个平太阳秒,称为世界时秒长。

氨钟

NIST的美国物理学家哈罗德·莱昂斯 (Harold Lyons)于1949年利用氨分子的振动制造出了第一架原子钟。 由l个氮原子和3个氢原子组成的氨分子形状规则,很像一个三棱锥。 人们可以想象,在三棱锥底部的每一角有一个氢原子,而在顶部有惟一的一个氮原子。 在遭到微波“雨”的轰击之后,氨分子吸收其能量,然后,一旦分子开始振动,能量就被释放。 事实上,如果我们能够观察到氨分子的话,我们就能看到氮原子像悠悠球(一种线轴形玩具)一样上下移动,这样,三棱锥顶部就好像不断地在颠倒。 这些原子振动速度极快,l秒钟内发生240亿次。240亿赫兹就是氨分子发出的电磁波的频率。 这样,秒就可以被定义为氨分子震荡240亿次所需的时间。

自1955年起,氨被铯133取而代之。其原理与氨钟一样:向原子“注入”能量,然后测量发出的电磁波的频率。

原子钟

1953年是时频科学的一个新的里程碑。 世界上第一台原子钟在美国哥伦比亚大学由三位科学家研制成功,其中有一位科学家是我们中国人,叫王天眷(后来回国,多年从事祖国的频标事业)。

原子钟的出现标志着一门崭新的学科:量子电子学诞生。

1963年13届国际计量大会决定:铯原子Cs133基态的两个超精细能级间跃迁辐射震荡9192631770周所持续的时间为1秒。

此定义一直延用至今。 所以,从1963年后,时间基准的名称应该由PRIMARY CLOCK来代替,它指的是实验室型大铯钟。

就已发表的资料来看,德联邦的“联邦技术物理研究院”的PTB-CsI、美国国家标准局的NBS-6及加拿大国家研究院的NRC-CsV的准确度均已达到10-14量级。 我国计量院的CsII、CsIII也达到10-13量级。 由此可见PRIMARY CLOCK的准确度至少要比商品型小铯钟高出一个数量级。

地球绕太阳公转一周。

月亮绕地球公转一周。

地球自转一周。

参考