人類一直不精確地計時？一秒鐘的長度可能要改變了

圖、文／煎蛋

德國科學家發明了一種測量一秒鐘長度的新方法，遠比當前的方法更精確。

他們聲稱自己發明了世界上最為精確的時鐘，這意味著一秒鐘的長度改變或許只是極其細微的。這一研究發表在學術期刊《光學》上，介紹了一種全新的光原子鐘，「在精確性和穩定性上都超越了銫原子鐘」。

這麼看來人類自計時起，就在不精確地計著時。宇宙的年齡為138億歲，那麼我們已經存在了約100秒的誤差。

這項研究提出的方法，能將目前對一秒鐘長度的測量誤差減少到四分之一個千萬億分之一秒。雖然說我們當然不會察覺到這一差異，但這對於​​科學計算，諸如GPS衛星導航、電力網格和計算機化的金融網絡。當前測量時間的方法是基於鍾擺的概念，但根據該項研究這一方法有著許多缺陷。

「即便是最優質的銫原子鐘，一個月後也會累積存在約1納秒（十億分之一秒）的誤差，」該文章指出，「光原子鐘網絡與改良的時間鏈接技術相結合，能夠誕生更為穩定的UTC（通用協調時間），從而使全世界事件發生時刻的記錄更為準確。這對全球導航系統、天體物理學和基礎物理學有益。」

光學時鐘是存放在真空室中的，使用激光來監控原子和離子，保護其不受外界的影響。它們已經存在一段時間了，但是此前由於過於複雜並不實用。

雖然火星了，作為本文的補充，貼上小編桃子的譯文：

   一秒鐘的長度可能就要變了

我們都知道時間是一個概念，且目前人們通過約500個原子鐘的國際網絡來計時。

不過現在研究人員們已經發現他們可以利用新一代光學時鐘讓時間更準確，他們想要利用新的系統重新定義一秒鐘，這將意味著我們能在一天之中擠壓出更多時間。

研究人員們測量過的光學時鐘如此準確以至於若它從宇宙誕生之初開始運行，那麼它走到現在出現的時間誤差不會超過兩分鐘，這是一件相當不可思議的事情。

全球計時很重要，因為我們的GPS設備、電網和金融網絡全都依賴著國際單位制（SI）定義的「秒」。

這也是為何我們會使用原子鐘（或者說微波鐘）的緣故，它們能夠通過測量銫原子的振動（就像鐘擺的微小擺動一樣）來計時。自1967年起，國際單位制定義的一秒即意味著銫原子振動9192631770個週期。

雖然這種計時方法聽起來非常準確，但就連最好的原子鐘依舊會在一個月之後累積產生大約一納秒的誤差。

而光學時鐘更加準確。它們的工作原理與原子鐘類似，但它們測量的是振動頻率比微波頻率高10萬倍的原子或離子的振動。

當然它們的準確也有不利的一面，它們更加複雜且故障時間更長，這意味著光學時鐘將從某刻開始的兩天時​​間內無法計時。也因此，直到最近它們尚未被人們當做重新定義秒並進行全球計時的可行選擇。

現在科學家們最新研發的系統卻能有效解決這一問題。來自德國國家計量機構Christian Grebing是研究人員之一，他表示：「我們發現即便如今的光學時鐘有故障時間，它們依舊能夠提高計時的準確性。」

為了補償光學時鐘的故障時間，研究人員們將商業原子鐘設備微波激射器與鍶原子光晶格鐘結合起來。微波激射器雖沒有光學時鐘準確，但它能夠在光學時鐘的故障停機期間獨立工作。

顯然，兩種時鐘的準確性之間依舊有著巨大的差距，不過該團隊利用光頻梳克服了這一點。在該團隊運營此系統的25天內，光學時鐘運行了大約一半時間。研究團隊發現即便光學時鐘的故障時間長達兩天，它的計時誤差在25天內還不到0.2納秒。

換句話說，它們在140億年的時間內誤差僅為100秒，這比原子鐘強一百倍。

Grebing說：「我們的研究是光學時鐘實際應用的里程碑。我們如今可以將光學時鐘植入現有的計時框架中，並有所收益。」

這種收益指的是在每一秒中擠壓更多時間的能力。我們這種行動緩慢的人類不會注意到這種時間的增加，但金融印時戳將變得更加明確，銀行在每一秒內也可以完成更多交易。

雖然這聽起來很酷，但Grebing表示距離我們能夠真正重新定義國際單位制中的秒還有大約十年時間，因為我們需要研究所有的光學時鐘並選擇最好的那一種。

Grebing說：「我們想通過打造更好的時鐘來提高全球計時框架的準確性，我們演示的只是通往全球計時準確性提升之路的第一步而已。」

該研究已被發表在Optica上。