@ 2016.05.30 , 11:10
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一秒钟的长度可能要改变了

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德国科学家发明了一种测量一秒钟长度的新方法,远比当前的方法更精确。

他们声称自己发明了世界上最为精确的时钟,这意味着一秒钟的长度改变或许只是极其细微的。这一研究发表在学术期刊《光学》上,介绍了一种全新的光原子钟,“在精确性和稳定性上都超越了铯原子钟”。

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你能相信我们已经失去了100秒吗?(思想库/Thinkstock)

这么看来人类自计时起,就在不精确地计着时。宇宙的年龄为138亿岁,那么我们已经存在了约100秒的误差。

这项研究提出的方法,能将目前对一秒钟长度的测量误差减少到四分之一个千万亿分之一秒。虽然说我们当然不会察觉到这一差异,但这对于科学计算,诸如GPS卫星导航、电力网格和计算机化的金融网络。当前测量时间的方法是基于钟摆的概念,但根据该项研究这一方法有着许多缺陷。

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光原子钟能提高GPS的精确性(思想库/Thinkstock)

“即便是最优质的铯原子钟,一个月后也会累积存在约1纳秒(十亿分之一秒)的误差,”该文章指出,“光原子钟网络与改良的时间链接技术相结合,能够诞生更为稳定的UTC(通用协调时间),从而使全世界事件发生时刻的记录更为准确。这对全球导航系统、天体物理学和基础物理学有益。”

光学时钟是存放在真空室中的,使用激光来监控原子和离子,保护其不受外界的影响。它们已经存在一段时间了,但是此前由于过于复杂并不实用。

本文译自 irishexaminer,由译者 Rare 基于创作共用协议(BY-NC)发布。

虽然火星了,作为本文的补充,贴上小编桃子的译文:

一秒钟的长度可能就要变了

我们都知道时间是一个概念,且目前人们通过约500个原子钟的国际网络来计时。

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不过现在研究人员们已经发现他们可以利用新一代光学时钟让时间更准确,他们想要利用新的系统重新定义一秒钟,这将意味着我们能在一天之中挤压出更多时间。

研究人员们测量过的光学时钟如此准确以至于若它从宇宙诞生之初开始运行,那么它走到现在出现的时间误差不会超过两分钟,这是一件相当不可思议的事情。

全球计时很重要,因为我们的GPS设备、电网和金融网络全都依赖着国际单位制(SI)定义的“秒”。

这也是为何我们会使用原子钟(或者说微波钟)的缘故,它们能够通过测量铯原子的振动(就像钟摆的微小摆动一样)来计时。自1967年起,国际单位制定义的一秒即意味着铯原子振动9192631770个周期。

虽然这种计时方法听起来非常准确,但就连最好的原子钟依旧会在一个月之后累积产生大约一纳秒的误差。

而光学时钟更加准确。它们的工作原理与原子钟类似,但它们测量的是振动频率比微波频率高10万倍的原子或离子的振动。

当然它们的准确也有不利的一面,它们更加复杂且故障时间更长,这意味着光学时钟将从某刻开始的两天时间内无法计时。也因此,直到最近它们尚未被人们当做重新定义秒并进行全球计时的可行选择。

现在科学家们最新研发的系统却能有效解决这一问题。来自德国国家计量机构Christian Grebing是研究人员之一,他表示:“我们发现即便如今的光学时钟有故障时间,它们依旧能够提高计时的准确性。”

为了补偿光学时钟的故障时间,研究人员们将商业原子钟设备微波激射器与锶原子光晶格钟结合起来。微波激射器虽没有光学时钟准确,但它能够在光学时钟的故障停机期间独立工作。

显然,两种时钟的准确性之间依旧有着巨大的差距,不过该团队利用光频梳克服了这一点。在该团队运营此系统的25天内,光学时钟运行了大约一半时间。研究团队发现即便光学时钟的故障时间长达两天,它的计时误差在25天内还不到0.2纳秒。

换句话说,它们在140亿年的时间内误差仅为100秒,这比原子钟强一百倍。

Grebing说:“我们的研究是光学时钟实际应用的里程碑。我们如今可以将光学时钟植入现有的计时框架中,并有所收益。”

这种收益指的是在每一秒中挤压更多时间的能力。我们这种行动缓慢的人类不会注意到这种时间的增加,但金融印时戳将变得更加明确,银行在每一秒内也可以完成更多交易。

虽然这听起来很酷,但Grebing表示距离我们能够真正重新定义国际单位制中的秒还有大约十年时间,因为我们需要研究所有的光学时钟并选择最好的那一种。

Grebing说:“我们想通过打造更好的时钟来提高全球计时框架的准确性,我们演示的只是通往全球计时准确性提升之路的第一步而已。”

该研究已被发表在Optica上。

本文译自 ScienceAlert,由译者 Rare 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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TOTAL COMMENTS: 41+1

  1. 3155002

    那么原来的一分钟真的变成59秒了吗

    [175] XX [4] 回复 [0]
  2. 虫合虫合
    @1 year ago
    3155003

    +1s是坠吼的!

    [327] XX [6] 回复 [0]
  3. 单人游戏
    @1 year ago
    3155005

    我知道小编发这篇出来要干什么

    [63] XX [4] 回复 [0]
  4. 3155008

    能将目前对一秒钟长度的测量误差从0.25秒减少到千万亿分之一秒。
    现在一秒误差有0.25秒?别骗我~

    [40] XX [10] 回复 [0]
  5. rare0101
    @1 year ago
    3155010

    煎蛋处女作,码一记~

    [17] XX [1] 回复 [0]
  6. 肌肉梨
    @1 year ago
    3155013

    这个码打得不错

  7. Toxinor
    @1 year ago
    3155015

    1秒钟的误差是0.25秒是什么鬼,每四个人就有一位去续1s了吗?

    [135] XX [2] 回复 [0]
  8. 青喵
    @1 year ago
    3155017

    一次性+100s

    [22] XX [3] 回复 [0]
  9. Chandler
    @1 year ago
    3155018

    我知道你们想说什么 +1

    [19] XX [3] 回复 [0]
  10. 网red
    @1 year ago
    3155022

    然而这个误差到底是长了还是短了

  11. 3155023

    Kinship

  12. 虵很生气
    @1 year ago
    3155026

    将来计时上出现偏差,你们要负责

    [82] XX [2] 回复 [0]
  13. rare0101
    @1 year ago
    3155027

    对不起!!!

  14. 小心炸弹
    @1 year ago
    3155035

    excited!

    [12] XX [1] 回复 [0]
  15. 梨花树
    @1 year ago
    3155038

    一秒钟到底是什么?为什么新的比旧的准

  16. 3155044

    光钟早就存在了,大约在2001年的review里面就有,基于光学频率梳(optical frequency comb,05年诺贝尔物理学奖)的应用,美国NIST早有人做过,国内计量院也在08年做出了一套,还得了科技进步奖。
    至于光钟的稳定性,相对于喷泉钟或许提高了一两个数量级,但是原理上并没有突破性进展,目前的方向也仅限于对被测原子选择(从碱金属到汞、铝)和其冷却方式做改进。
    PS:拿上世纪50年代的铯原子钟做比较未免有点。。。

    [22] XX [2] 回复 [0]
  17. 3155048

    现在已经不是全中国加1s了这么简单了

    [16] XX [0] 回复 [0]
  18. 3155053

    这就是你早泄的借口?

    [26] XX [0] 回复 [0]
  19. 3155056

    @梨花树: 一秒钟的定义在于其频率源的稳定性,如普通GPS为1E-11~1E-13,喷泉钟为8.5E-15,光钟为8.6E-18,所以在获取更加稳定的频率源的时候需要对原子或者离子进行冷却。

  20. 3155060

    -1s,蛤蛤蛤

  21. kayeceee
    @1 year ago
    3155072

    既然提到29秒了,那车呢

  22. 拜一刀
    @1 year ago
    3155080

    @Toxinor: 是每个人每四秒就续了一秒

  23. 阿囧
    @1 year ago
    3155083

    女孩的一分钟有多长

  24. 兔子
    @1 year ago
    3155117

    看见rolex就滚进来

  25. 荒芜7
    @1 year ago
    3155129

    哦,然后呢

  26. 3155156

    但隔壁老王感觉不到有变化啊~~~

  27. 3155191

    那么每分钟工作30秒算加班吗?有加班费吗?

  28. 3155211

    不过根据相对论,时间和移动速度有关。
    那么地球是以一定速度移动的(公转+太阳移动+银河系移动),包括宇宙也是在移动的。
    也就是说宇宙时间在空间上是不均匀的,
    甚至说同一坐标点在不同时间的一秒钟长度也都不一样的。
    那这样按固定时长的秒数去推断宇宙年龄,是否有意义,也是否准确呢?

  29. estdone
    @1 year ago
    3155212

    无中生有的时间,你帮他再续一秒,等于你也有责任吧

    [12] XX [0] 回复 [0]
  30. 胖次君
    @1 year ago
    3155230

    题目理解错了。本文意思是找到一个更好的计时方法,并不是说一秒定义的改变。一秒是铯133原子基态的两个超精细能阶间跃迁对应辐射的9,192,631,770个周期的持续时间。

  31. 3155329

    秒是基本单位,但是描述方式在变化。

  32. Yeahen
    @1 year ago
    3155361

    桃子是谁,我只知道肌肉桃

  33. 3155432

    看到1s就看大家来膜

  34. 时间众筹
    @1 year ago
    3155477

    我的天,100多秒!拿来众筹多好→_→

  35. 煎蛋
    @1 year ago
    3155548

    裹在慢雾里,我也不知道现在一秒多长。

  36. 凤凰战鸡
    @1 year ago
    3155707

    @gg80: 你说的没错,严格来说,1s的长度要指定地点。目前,原子时和国际原子时的1s都是指在海平面上的原子钟的1s,而协调世界时UTC和世界时UT1是基于国际原子时的,所以时间上,用于天文观察和卫星导航的时候需要进行转换。比如如果计算太阳系内航天器的运行轨道需要在质心动力学参考系(其中心也就是坐标原点位于太阳系的质心)下进行计算,而不能使用地心动力学参考系(远点位于地球质心),二者区别就在于前者考虑了相对论效应;导航计算时也需要计算卫星运动引起的相对论效应,否则GPS精度就不是几米而是十几公里,完全没有用

  37. SayidD
    @1 year ago
    3156138

    煎蛋水印越来越出神入化了

  38. 格威特问题
    @1 year ago
    3156439

    男人波奇的时间又要缩短了啊

  39. 3156700

    @凤凰战鸡: 好喜欢看这样的科普

  40. 3156849

    在每一秒内可以完成更多交♂易

  41. 虵安轨
    @3 months ago
    3465391

    这么多s一定都被虵吸收了

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