日本研製出世界最精準時鐘 160億年誤差僅1秒

2020-12-05 中國網新聞中心

中國網3月5日訊 據日本NHK網站3月4日報導,東京大學的研究小組成功研發出世界最精準的時鐘,160億年誤差僅1秒。目前定義時間基本單位1秒長度的銫原子時鐘精確度在100倍以上。據介紹,即使從宇宙誕生時開始計時至今,其誤差僅為0.8秒。這臺極其精準的時鐘被稱為「光晶格鍾」,是由東京大學研究生院的香取秀俊教授的研究小組研發而成的。

「光晶格鍾」的原理是將鍶原子封閉在由雷射形成的一個極其狹窄的空間裡,計算其振動的次數,以此數據為基礎來計算時間。此前的「光晶格鍾」由於受到周圍熱量的影響,原子的振動次數會出現誤差,精度不高。但是,當「光晶格鍾」處於零下178度的低溫下冷卻時,發現其振動次數穩定,並且達到了預期的精準度。

目前使用定義時間基本單位1秒長度的銫原子的時鐘,3000萬年會存在1秒的誤差,此次研發的時鐘精確度是上述時鐘的100倍以上,160億年僅有1秒的誤差。即使是從138億年前宇宙誕生時開始計時至今,誤差也僅為0.8秒。

「光晶格鍾」的高精準度史無前例,除了可能會影響人們對1秒的重新定義,如果將其置於外太空,也許會因此研發出新型的測量技術。

香取教授稱:「因為銫原子時鐘的出現,人們給出了基本單位『1秒』的時間定義,經過半世紀的探索,秒的精確度也隨之大幅度提高了。日本制的光晶格鐘不僅為基礎科學做出了巨大貢獻,甚至有可能改變人們對時鐘的概念。」

時間定義基本長度1秒是什麼

所謂1秒鐘的時間,曾經是根據地球自轉一周的時間,即一天的長度來決定的。把1天分為24段時間,每一段是1小時,再把1小時分割為60分鐘,再將1分鐘分割為60個單位,秒的長度也由此確定。

但是,19世紀至20世紀的天文學越來越發達,人們發現地球的自轉周期由於受到潮起潮落和季節變化的影響,會一點一點發生變化。因此,人們選擇利用地球的公轉周期來測量,此後,1967年的國際度量衡總會決定採用原子核具有的普遍現象作為1秒的基準。

具體來說,即銫原子時鐘的原理是利用133號銫原子吸收微波時的振動次數來計時的,由此便產生了時間基本長度1秒的定義。但是,即使是上述的「銫原子時鐘」也會因為原子的熱運動及原子間的相互作用力而產生3000萬年1秒的誤差現象。此次,東京大學研究小組研發的「光晶格鍾」具有100倍以上的精準度,即160億年僅有1秒的誤差。(實習編譯:王禹童)

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