朱玺

对未知的向往，使人类从未停止对时间频率测量精度的追求，原子钟精度的纪录还在被不断刷新。

时间是什么？时钟会告诉我们时间，它是我们生活不可或缺的一部分。

当人类意识到时间的流逝，便开始利用周期性现象对时间进行追踪。远古时期，人类通过草木枯荣判定季节，通过观察太阳、月亮在天空中的运动来判断时间，日出而作，日落而息。后来，人们探索出了通过滴水来计时的水钟，流沙计时的沙漏等。二战后，美国国家物理实验室研制出了世界上第一台原子钟，代表了人类一个历史性的跨越。1967年，秒长的定义溯源到了原子上。此后，各种原子钟相继问世，成了目前世界上最准确的计时工具，实用性也越来越高。

原子钟其实离人们日常生活很近。例如，原子钟在卫星导航系统中发挥着“心脏”般的作用。当我们拿出手机打开导航软件，能够看到自己的地理位置，输入目的地，导航软件能够规划路线，且实时告诉我们需要向左轉还是向右转。这是如何做到的呢？

我们先来看一下卫星导航与定位的原理。在三维空间中，建立坐标系，当已知3个点的坐标以及第四个未知点分别与已知点之间的距离，那么未知点的坐标就可以被确定。同理，当我们在地球上仰望天空，至少能够同时看到3颗卫星，卫星飞行在自己的轨道上，它的运行轨迹被编入星历，同时接收3颗卫星发来的星历，经过解算，可以知道卫星的位置。此外，还需要知道我们与卫星之间的距离。距离等于速度乘以时间，光传播速度是每秒30万公里，所以只需要知道信号传播时间就可以了。

此时，我们发现，导航定位的关键便是时间的测量。

这就需要原子钟隆重登场了，每颗卫星及地面站里都配备了一组原子钟，时间信号随星历一同发送，在解算卫星位置的过程中，也能够同时得到时间信息以及距离。这样，我们的位置便可以被计算出来。

日常生活中的手机等电子产品，通常内置导航模块，能够实时接收卫星发射的信号并依据一定的算法进行解算。于是，便有了我们对自身位置的实时掌控。如果原子钟提供的时间误差在1微秒，那么定位误差将高达300米。如果要达到米量级的导航，在不考虑其他误差因素的情况下，原子钟提供的时间误差需保持在3纳秒。

时间的精密测量决定了导航定位的精度，如果没有原子钟，就无法实现准确导航了。

原子钟究竟有多准呢？拿机械手表、石英钟对比一下。当我们带着机械手表开着车，绕北京四环跑1圈，大概1个小时，机械手表就偏差了1秒;对于石英钟来说，偏差1秒差不多需要270年;而原子钟偏差1秒需要多久呢，3000万年！假如我们送给地球上最后一只霸王龙一台原子钟，那么到今天，这台原子钟只偏差了2秒。

浩瀚宇宙中藏着未知的秘密，我们渴望知道黑洞里面是什么样子，我们渴望看到引力波的痕迹，我们也渴望与地球外的生物对话，这些对未知的向往，使人类从未停止对时间频率测量精度的追求，原子钟精度的纪录还在被不断刷新。（作者系中国航天科工二院203所设计师）

摘编自搜狐网