中國科學家打造太空最準的原子鐘

2020-12-07 網易財經

（原標題：中國科學家打造太空最準的原子鐘）

原標題：打造太空最準的原子鐘——專訪中科院上海光機所量子光學重點實驗室主任劉亮

新華社北京10月31日電（記者楊春雪　喻菲）51歲的科學家劉亮花了十年的時間研究時間，卻每天都覺得自己沒有時間。

身任中國科學院上海光機所量子光學重點實驗室主任的他，要麼是在出差，要麼就是過著實驗室和家「兩點一線」的生活，節假日也鮮有空閒時間，甚至「這些年的春節幾乎都是在實驗室過的」。

最近，他的追求終於有了階段性成果：他牽頭研製的冷原子鐘隨著天宮二號空間實驗室被發射到太空，成為人類歷史上第一臺在軌進行科學實驗的空間冷原子鐘。

這是一臺沒有秒針、分針、時針且其貌不揚的黑色圓柱體，卻能在太空中發射極為精準的時間頻率基準。

　　冷原子鐘照片。新華社發

劉亮每每提到這臺自己帶領團隊用心血鑄成的冷原子鐘都充滿激情：「這是目前在太空運行的世界上性能最好的原子鐘。」

他說，如果說機械錶1天大概有1秒誤差，石英表1天大概有0.1秒誤差，氫原子鐘數百萬年有1秒誤差，那麼冷原子鐘則可以做到三千萬年到三億年沒有誤差。

據介紹，太空有了這樣一臺原子鐘之後，就有了更高精度的時間基準，可以同步所有其他原子鐘，讓導航定位系統更加精確，進行廣義相對論驗證，還可以發展一系列的基於冷原子技術的器件、裝置，比如探測引力波的裝置，進一步進行深空探測。

儘管時間是他最熟悉的事物，但提到「時間」這個詞，劉亮總是心生敬畏，認為時間是最不可理解的，是人們最熟悉也是最不熟悉的事物。「大家說時間說得很多，經常說幾小時幾分鐘幾秒鐘，但誰也不知道時間是什麼」。

「我們做的這些事情不過是測量時間，給時間定標，而不是研究時間的本質。」他說，希望通過他們的研究慢慢可以更多地了解時間和空間，例如時間究竟從什麼時候開始的？空間有沒有一個原點？時空有沒有結構？時空需要量子化嗎？……他一口氣列舉了一連串的問題。

（小標題）一秒不差

劉亮手上帶著一塊特殊的手錶——電波表。這隻表具有自動對時功能，使得它長年保持著精準的時間。

「這隻表接收長波信號，每天晚上都會自動校準一次，與國家授時中心長波臺發射的時間保持一致。」他說。

「在日常生活中，我們做原子鐘的人對時間都要求很精準。」劉亮說，「項目要求什麼時候完成，我們就必須什麼時候完成，幾天幾夜不睡覺也得完成，這是必須的。」

劉亮帶領的這支約30人的團隊在研製冷原子鐘過程中常遇到的困難恰巧也是時間的期限。他回憶最艱難的一次經歷是在做初樣時，信號總是出不來。「當時，項目總體部門規定如果信號比預定的時間晚一天出來，那麼這個項目就可能要放棄了」。

「那時我們沒日沒夜在實驗室一樣一樣查，一點一點查，每一個部件都查過了，大年三十也在加班，終於在規定的最後一天把信號調出來了。」他說，「其實是由於一塊小小的磁鐵碰撞導致了退磁引起的。」

　　劉亮2008年在原理樣機旁拍攝的工作照。新華社發

（小標題）歸國求夢

劉亮在少年時期就表現出對科學的熱愛，15歲上大學把物理學研究當作一生的追求，19歲讀碩士，師從中國量子光學專家王育竹院士。此後，他出國深造，在美國獲得博士學位。

2005年底，在上海光機所和王育竹院士的極力引進下，劉亮回到曾經求學和工作的地方——中國科學院上海光學精密機械研究所量子光學重點實驗室。

「王先生年齡大了，早年他建立了一個量子光學實驗室，希望有人來幫助他做事情。王先生叫我回來，我就回來了。」劉亮說。他回國接替王先生做空間冷原子鐘，一做便是十年。

「對我來說，從事空間項目是一項巨大的挑戰。」劉亮說，「空間項目完全顛覆了以往我從事基礎研究積累的知識和經驗，所以我是從頭做起的。」

　　劉亮2016年9月在酒泉發射場拍攝的工作照。新華社發

劉亮認為，中國即將在2020年左右建成的空間站為冷原子物理研究提供了難得的機遇，「因為我們的實驗要依賴於微重力，所以空間站對我們來講幾乎是最好的平臺」。

（小標題）沒有最準，只有更準

空間冷原子鐘被放置在天宮二號的密封艙中，而在距離該飛行器近400公裡的地面，劉亮的團隊無時無刻不在為這台鐘忙碌著。

「不是說冷原子鐘做好了放到太空一通電就可以直接使用了，而是需要每天做海量繁複的工作。」劉亮說，「雷射要調到準確位置，才能把原子冷卻下來抓住，再用雷射把它推出去，然後還需要在合適的時間之內打開微波，在合適的時間關掉微波；在合適的時間打開雷射，在合適的時間返回信號……這一切都需要不斷調整。」

對於不斷追求「沒有最準、只有更準」的科學家，現階段的成果還遠遠不足以滿足他們對科學的孜孜追求。

劉亮說，天宮二號是所有實驗的第一步，未來空間站上還會放置一臺氫鍾、一臺冷原子鐘、一臺光鍾——三臺原子鐘結合起來的時間系統，在那個更大的系統裡面可以做更多科學實驗。

　　冷原子鐘狂想圖。賀萌製圖

人類從開始計量時間起經歷了很多階段，從最簡單的日出而作、日落而息到日晷、擺鐘、石英鐘，再到原子鐘、冷原子鐘，劉亮細數道：「可能再過若干年就發展到光鍾、甚至原子核鍾。」

「我們的終極目標是製造出在整個宇宙的生命周期內永遠不會走偏一秒的時鐘。」劉亮說。

(原標題：中國科學家打造太空最準的原子鐘)

本文來源：新華社新媒體專線 責任編輯：王曉易_NE0011

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