物理學家當時考慮研發原子鐘是是為了探索宇宙的，可能他們從來沒有想到在50年後，這種科技已經成為人們現實生活當中不可缺少的一部分。
測量距離、速度甚至是聲音這種無形的東西，我勉強可以嘗試著去理解。但是時間以一種我們大腦難以理解的方式流淌著。有時時光在飛逝，而有些時候則不是那樣，似乎已經停滯。
所以不管是因為哲學或科學的原因，準確地以可以理解的方式去測量時間一直都是可以讓人著魔的事。所有計時工具裡最準確的還要數原子鐘，今年馬上就64歲了，我們來看看這個東西1955年6月3日是怎麼開始走時並延續下來的。
數千年前，計時都是從最簡單的觀測開始的，比如日夜的重複或季節的周期性更替——非常容易記錄。其他像星期、月份或者是小時和秒則更難準確地量化。而今天聊原子鐘，則是我從一種鐘錶愛好者的角度討論時間和計時歷史的形式。
根據定義，時間是不確定的持續存在的過程和一種明顯不可逆的次序從過去到現在再到將來發生的事件。這種現行的定義是根據觀測標準的周期性事件（比如說一個鐘擺自由擺動的經過）的多次重複而得出的，繼而形成一種標準單位。換句話說，要計算時間的話，我們需要把它劃分成等長的重複事件然後再來數特定的事件。
一秒曾經被定義為平均太陽日的1/86,400，但是地球的不規則公轉讓這個計算的精度大打折扣。我們想記錄得越精準，我們就需要把時間拆分成更小並且更加連貫的重複片段。
那麼問題來了，如何理解原子鐘？
簡單的說，就是從原子變化來測量時間。這是Kelvin在1879年提出的，但是從概念到現實還有很長一段路要走。另外我們可以了解到，磁鐵和磁性也將發揮非常重要的作用，所以我們需要在這裡提一下Isidor Rabi，是他進一步發展了磁共振背後的理論，1945年他首次提出原子流磁共振可能可以用來作為時鐘的基礎。
1949年美國當時的國家標準局製作了一個氨微波激射器裝置，不久第一臺原子時鐘就問世了。好玩的是，這個玩意兒還沒有當時的石英鐘準，更多是當作這個概念的展示而製作出來的。
那麼第一款實用原子鐘是如何來的呢？
這裡就要說到英國物理學家Louis Essen，他從倫敦大學取得博士學位後興趣轉向了尋找一種計時方法擺脫根據地球的公轉來表述的傳統定義。
他對用原子譜的頻率來改進時間測量的可能性非常著迷，他了解到美國標準局展示過用銫作為原子的參考依據來測量時間的可行性。1955年他與Jack Parry合作，開發了第一款實用的原子鐘，將銫原子標準和傳統的石英水晶振子結合在一起方便對現行的計時進行調校。
石英水晶振子表友們肯定不陌生了，這是石英機芯的核心。
通過微波激活銫原子裡的電子從一個能量水平到另一個水平，Essen可以用一種精確又可重複的頻率來穩定微波。跟鐘擺的擺動非常相似，Essen的原子鐘原型依賴於這種頻率來記錄時間的經過。
自1967年起國際單位系統（SI）把一秒定義為9,192,631,770（簡單點就是超過90億）次放射周期的延續時間，相當於銫133原子兩個能量等級之間的變化。1997年，國際組織CIPM補充說明此前的定義指0 K環境下靜態的銫原子。
如果不把它弄得聽起來非常高科技，原子鐘的複雜工作方式將會是無法逾越的界限，但是我們需要知道的就是這個工具依賴於院子內粒子的非常穩定的「活動」，一種以微波頻率運轉的電子振子，以及由頻率決定的部件的活動。
通過共振器時轉變狀態的原子的佔比取決於微波輻射的頻率，因此原子鐘要做的工作就是讓這種頻率原子內在的擺動頻率同步。目標就是把微波頻率和原子震動的頻率調好，然後去測量這個頻率。經過恰好9,192,631,770次震動後，一秒就過去了。
技術的進步從未停滯，因此絕對不要認為科學家和工程師已經停止突破計時效果。看看，大多數原子時鐘還沒有那麼精確，每個月的失誤累計達到十億分之一秒——對各種科學用途來說，這個結果還不夠好。
解決辦法是稱作光學鐘的這種形式。這種時鐘採用震動頻率比原子鐘的微波頻率高10萬倍的原子或離子。這種變化，就好比機械錶的頻率由4赫茲跳到5赫茲，意味著更好的穩定性和長時間後出色的表現。
換而言之理解，比如真力時的DEFY LAB因為開發了替代遊絲擺輪的新型振蕩器，而且機芯頻率達到了15赫茲後，可以將日差控制在0.1秒。
老鄧說表：
現在，世界上至少有400件原子鐘，通過衛星互相連接，幫助保持全球的準確時間。或許最重要的應用還要數全球導航衛星系統（或者通稱的GPS）。跟許多其他技術進步一樣，大多數人都把這種技術理解成理所當然——老鄧當然也是如此。
為什麼科學家一直追求極精準時間？因為這是現代生活的一個基礎。銀行和金融領域的一切、通訊、民航、導航、打電話和網際網路都高度依賴於我們的設備保持時間同步。如果缺乏保持和分配時間的精度，我們日常生活的這些元素都不可能運轉。
作者系網易新聞·網易號「各有態度」籤約作者