@ 2016.05.30 , 11:10

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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