張首剛(中)在與科研團(tuán)隊(duì)成員交流
“現(xiàn)在幾點(diǎn)?”
“這表準(zhǔn)不準(zhǔn)?”
你知道生活中我們隨口問的這兩個問題,意味著什么嗎?
你一定想不到,這是兩個嚴(yán)肅的科學(xué)問題——什么是時間?什么是標(biāo)準(zhǔn)時間?
前不久,我國科研團(tuán)隊(duì)成功研制萬秒穩(wěn)定度和不確定度均優(yōu)于5×10?1?(相當(dāng)于數(shù)十億年的誤差不超過1秒)的鍶原子光晶格鐘。在此基礎(chǔ)上,研究團(tuán)隊(duì)還對鍶原子光晶格鐘的系統(tǒng)頻移因素開展了逐項(xiàng)評定,最終得到其系統(tǒng)不確定度為4×10?1?,相當(dāng)于72億年僅偏差1秒,已部分滿足“秒”重新定義的要求,對未來構(gòu)建新一代全球時間基準(zhǔn)乃至提供引力波探測、暗物質(zhì)搜索的新方法等具有重要價值。
這是一個與“時間”賽跑的故事——從研發(fā)國內(nèi)首臺激光抽運(yùn)小型銫原子鐘、系列微型化銣原子鐘,到承建增強(qiáng)型羅蘭授時系統(tǒng)以及差分系統(tǒng)、甚長基線干涉測量網(wǎng),科技工作者圍繞“守時—授時—用時”時間頻率產(chǎn)業(yè)鏈,不斷突破關(guān)鍵核心技術(shù),支撐國家時間頻率體系建設(shè)。
中國科學(xué)院國家授時中心地下一層,放置著“北京時間”產(chǎn)生的核心設(shè)備——原子鐘組和世界時測量系統(tǒng),工作人員時刻關(guān)注屏幕上不斷跳動的數(shù)字,分毫不差地把產(chǎn)生的“北京時間”發(fā)播到全國。
“時間”,由此而來。
但地球自轉(zhuǎn)速度是越來越慢的,以地球自轉(zhuǎn)為基礎(chǔ)的世界時其實(shí)并不均勻。尤其在如今的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中,1納秒(十億分之一秒)的時間誤差就會導(dǎo)致0.3米的距離誤差。
為獲得既準(zhǔn)又穩(wěn)的時間,科研團(tuán)隊(duì)瞄向“精微”,利用原子基態(tài)能級躍遷特性,通過測量原子振動的周期制造出高精度時鐘設(shè)備原子鐘,“時間”的標(biāo)準(zhǔn)由此被重新定義。
“‘北京時間’就是由一套幾十臺守時原子鐘實(shí)時比對‘世界時’測量產(chǎn)生的。”成都天奧電子服務(wù)有限公司高級工程師董道鵬介紹,可用于守時原子鐘組的激光抽運(yùn)小型銫原子鐘,由中國電科與國家授時中心聯(lián)合研制,每30萬年誤差1秒,成功應(yīng)用于國家標(biāo)準(zhǔn)時間產(chǎn)生系統(tǒng)、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等重要工程,以及電力、通信和計量等重要領(lǐng)域。
從“每30萬年誤差1秒”到“72億年僅偏差1秒”,原子鐘正變得越來越精準(zhǔn),滿足了科技發(fā)展對時間精度的需求。但生活在地球上的人們是按照地球的自轉(zhuǎn)規(guī)律(太陽升起和降落)來安排工作和生活,因此,人們離不開世界時。