原子時(shí)原理

根據(jù)量子物理學(xué)的基本原理，原子是按照不同電子排列順序的能量差，也就是圍繞在原子核周圍不同電子層的能量差，來(lái)吸收或釋放電磁能量的。這里電磁能量是不連續(xù)的。當(dāng)原子從一個(gè)“能量態(tài)”躍遷至低的“能量態(tài)”時(shí)，它便會(huì)釋放電磁波。這種電磁波特征頻率是不連續(xù)的，這也就是人們所說(shuō)的共振頻率。同一種原子的共振頻率是一定的。

30年代，拉比和他的學(xué)生們?cè)诟鐐惐葋喆髮W(xué)的實(shí)驗(yàn)室里研究原子和原子核的基本特性。也就是在這里，他們?cè)谝揽窟@種原子計(jì)時(shí)器來(lái)制造時(shí)鐘方面邁出了有價(jià)值的第一步。在其研究過(guò)程中，拉比發(fā)明了一種被稱為磁共振的技術(shù)。依靠這項(xiàng)技術(shù)，他便能夠測(cè)量出原子的自然共振頻率。為此他還獲得了1944年諾貝爾獎(jiǎng)。同年，他還首先提出“要討論討論這樣一個(gè)想法”（他的學(xué)生這樣說(shuō)道），也就是這些共振頻率的準(zhǔn)確性如此之高，完全可以用來(lái)制作高精度的時(shí)鐘。他還特別提出要利用所謂原子的“超精細(xì)躍遷”的頻率。這種超精細(xì)躍遷指的是隨原子核和電子之間不同的磁作用變化而引起的兩種具有細(xì)微能量差別的狀態(tài)之間的躍遷。 在這種時(shí)鐘里，一束處于某一特定“超精細(xì)狀態(tài)”的原子束穿過(guò)一個(gè)振蕩電磁場(chǎng)。當(dāng)原子的超精細(xì)躍遷頻率越接近磁場(chǎng)的振蕩頻率，原子從磁場(chǎng)中吸收的能量就越多，從而產(chǎn)生從原始超精細(xì)狀態(tài)到另一狀態(tài)的躍遷。通過(guò)一個(gè)反饋回路，人們能夠調(diào)整振蕩場(chǎng)的頻率直到所有的原子完成了躍遷。原子鐘就是利用振蕩場(chǎng)的頻率即保持與原子的共振頻率完全相同的頻率作為產(chǎn)生時(shí)間脈沖的節(jié)拍器。

原子時(shí)的初始?xì)v元規(guī)定為 1958年1月1日世界時(shí)0時(shí)，秒長(zhǎng)定義為銫 -133 原子基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)間在零磁場(chǎng)下躍遷輻射9192631770周所持續(xù)的時(shí)間 。這是一種均勻的時(shí)間計(jì)量系統(tǒng)。由于世界時(shí)存在不均勻性和歷書時(shí)的測(cè)定精度低，1967年起，原子時(shí)已取代歷書時(shí)作為基本時(shí)間計(jì)量系統(tǒng) 。原子時(shí)的秒長(zhǎng)規(guī)定為國(guó)際單位制的時(shí)間單位，作為三大物理量的基本單位之一。原子時(shí)由原子鐘的讀數(shù)給出。國(guó)際計(jì)量局收集各國(guó)各實(shí)驗(yàn)室原子鐘的比對(duì)和時(shí)號(hào)發(fā)播資料，進(jìn)行綜合處理，建立國(guó)際原子時(shí)。

由原子鐘（見天文時(shí)計(jì)）導(dǎo)出的時(shí)間叫原子時(shí)，簡(jiǎn)稱AT。它以物質(zhì)內(nèi)部原子運(yùn)動(dòng)的特征為依據(jù)。

原子時(shí)計(jì)量的基本單位是原子時(shí)秒。它的定義是：銫原子基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)間在零磁場(chǎng)下躍遷輻射9,192,631,770周所持續(xù)的時(shí)間。1967年第十三屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)決定，把在海平面實(shí)現(xiàn)的上述原子時(shí)秒，規(guī)定為國(guó)際單位制中的時(shí)間單位。

原子時(shí)起點(diǎn)定在1958年1月1日0時(shí)0分0秒（UT），即規(guī)定在這一瞬間原子時(shí)時(shí)刻與世界時(shí)刻重合。但事后發(fā)現(xiàn)，在該瞬間原子時(shí)與世界時(shí)的時(shí)刻之差為0.0039秒。這一差值就作為歷史事實(shí)而保留下來(lái)。在確定原子時(shí)起點(diǎn)之后，由于地球自轉(zhuǎn)速度不均勻，世界時(shí)與原子時(shí)之間的時(shí)差便逐年積累。

根據(jù)原子時(shí)秒的定義，任何原子鐘在確定起始?xì)v元后，都可以提供原子時(shí)。由各實(shí)驗(yàn)室用足夠精確的銫原子鐘導(dǎo)出的原子時(shí)稱為地方原子時(shí)。全世界大約有20多個(gè)國(guó)家的不同實(shí)驗(yàn)室分別建立了各自獨(dú)立的地方原子時(shí)。國(guó)際時(shí)間局比較、綜合世界各地原子鐘數(shù)據(jù)，最后確定的原子時(shí)，稱為國(guó)際原子時(shí)，簡(jiǎn)稱TAI。TAI的起點(diǎn)是這樣規(guī)定的：取1958年1月1日0時(shí)0分0秒U(xiǎn)T的瞬間作為同年同月同日0時(shí)0分0秒TAIs。

人們?nèi)粘Ｉ钚枰罍?zhǔn)確的時(shí)間，生產(chǎn)、科研上更是如此。人們平時(shí)所用的鐘表，精度高的大約每年會(huì)有1分鐘的誤差，這對(duì)日常生活是沒(méi)有影響的，但在要求很高的生產(chǎn)、科研中就需要更準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)工具。世界上最準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)工具就是原子鐘，它是20世紀(jì)50年代出現(xiàn)的。原子鐘是利用原子吸收或釋放能量時(shí)發(fā)出的電磁波來(lái)計(jì)時(shí)的。由于這種電磁波非常穩(wěn)定，再加上利用一系列精密的儀器進(jìn)行控制，原子鐘的計(jì)時(shí)就可以非常準(zhǔn)確了。用在原子鐘里的元素有氫、銫(sè)、銣(rú)等。原子鐘的精度可以達(dá)到每100萬(wàn)年才誤差1秒。這為天文、航海、宇宙航行提供了強(qiáng)有力的保障。

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馬天馬

子時(shí)國(guó)際設(shè)計(jì)-聯(lián)合創(chuàng)始人

子時(shí)國(guó)際設(shè)計(jì)-設(shè)計(jì)院長(zhǎng)

工作經(jīng)驗(yàn):20年

擅長(zhǎng)風(fēng)格：法式、歐式、新中式。

設(shè)計(jì)師陳昌華

蘇州子時(shí)設(shè)計(jì)營(yíng)造有限公司（簡(jiǎn)稱子時(shí)國(guó)際設(shè)計(jì)），成立于于2015年， 公司總部位于中國(guó)·蘇州。 是一家專業(yè)從事別墅、樣板房、高端住宅、私人會(huì)所的設(shè)計(jì)與裝飾裝修工程服務(wù)的新型家裝企業(yè)。