一种新型时钟可能会改变我们测量时间的方式

你有没有想过究竟是谁决定了现在几点钟？这个抽象概念的测量主要由遍布全球的大约 500 个原子钟决定，精确到几十千万亿分之一秒。在过去半个世纪的大部分时间里，这些机器一直是我们的标准计时工具，它们的工作原理是测量原子振荡，你可以在这里阅读更多相关信息。

但原子钟的辉煌时代可能即将结束：德国研究人员宣布了一种利用光学时钟以无与伦比的精度报时的新方法。他们的研究成果发表在美国光学学会的期刊《光学》上。

所有时钟都通过计算已知频率的不断重复事件来工作。对于落地钟来说，这就是钟摆的摆动。对于构成当前全球计时网络的微波原子钟来说，这就是铯原子的振荡，GPS 导航、通信系统、电网和金融网络都依赖于此。铯原子自然会以电磁波谱微波区域内的频率摆动。国际单位制定义的一秒是铯原子摆动产生的微波信号 9,191,631,770 个周期内经过的时间。

现在光学钟的工作原理与微波原子钟大致相同，但它们测量的是电磁波谱可见部分中以比铯高 100,000 倍的频率振荡的原子或离子——因此得名“光学”。光学钟比原子钟精确得多的原因在于这些更快的振动，这反过来导致它们“滴答”得更快。光学钟长期以来一直比原子钟更精确，但由于测量间隔时间长而被搁置。

德国国家计量研究院的研究人员通过将光学时钟与“微波激射器”相结合，避开了这些问题。微波激射器是一种在微波频谱范围内工作的类似激光的设备。微波激射器的微波频率由一种称为频率梳的特殊设备拼接起来，以便与光学时钟的“滴答”速度相匹配。微波激射器就像钟摆一样，在光学时钟停机期间保持其运转。

研究团队首席研究员克里斯蒂安·格雷宾（Christian Grebing）在新闻稿中指出：“在光学钟停机期间，微波激射器可以自行稳定运行。”

虽然这是一项开创性的技术，但要将光学时钟实际整合到我们的基础设施中，就需要重新定义秒。即便如此，格雷宾和他的团队仍然能够将他们的光学时钟及其频率与秒的当前定义进行比较，并破译了计时机器，使其具有有史以来所有时钟中最低的不确定度。如果这个时钟滴答了 140 亿年，或者整个宇宙存在的时间，它最终只会差 100 秒。

格雷宾说：“我们证明，即使如今的光学时钟出现故障，它们仍然可以提高我们的计时精度。”