时间都去哪了？时间从哪里来！我的时间怎么测量？( 四 ) _小知识

图6 电磁波的分歧频谱丨图片来历: 维基百科电磁波谱词条
微不雅基准
找到了计时的节奏器，下面更主要的就是要找到让节奏器可以连结不变的工具，那就是微不雅粒子了。微不雅粒子其根基性质不随外界情况转变而改变。描述良多微不雅粒子特征的物理学常量在现行的物理学框架中被认为是恒定不变的。此外最主要的是微不雅粒子中的电子活动纪律由量子力学所支配，电子在分歧可能的活动轨道间跃迁时会辐射/接收电磁波。电磁波的频率规模囊括了微波可见光到紫外频段，可以很好地作为节奏器的校准源。只要经由过程必然的尝试方案将微不雅粒子的跃迁谱线和现有的电磁波源锁定起来，校准电磁波源，就可以包管电磁波源的不变和精确。但现实并不克不及这么抱负。固然微不雅粒子的状况不会受到外界情况的影响，可是谱线也并不是纯粹的一种频率。因为量子涨落引起的自觉辐射会使得谱线频率分布在必然的规模内，并且微不雅粒子的活动带来的多普勒效应会使得频率存在必然的偏移。尽管有这些误差的存在，微不雅粒子钟的精度已经获得了大大的晋升。今朝海说神聊京时候的授时就是颠末原子钟校准的！但愿进一步将时候精度推标的目的极限，就不得不解决自觉辐射带和微不雅粒子活动的影响。元素周期表上有一百多种元素，分歧的元素可能还存在多种同位素，每种核素分布着浩繁的电子能级轨道。将原子电离当作离子，组合当作分子，电子轨道就加倍丰硕了。天然界这些丰硕的电子轨道布局，给解决自觉辐射的问题供给了丰硕的选择——我们只需要寻找自觉辐射尽可能弱的电子轨道。锶原子自旋单态和自旋三态之间的跃姑息是一个很合适的候选，今朝微不雅粒子钟的宿世界记载也是由它实现的。而想削减微不雅粒子的活动比起削减自觉辐射就要坚苦很多，因为分子动理论告诉我们，微不雅粒子的活动是天然界的遍及纪律。

图7 美国科罗拉多大学叶军传授的锶晶格光钟，锶原子光钟是时候精度宿世界记载的连结者丨图片来历：创瞰巴黎
不竭标的目的低温进军
温度是一个很遍及的概念，日常糊口中的良多工作城市让我们感知到温度的存在。可是现实上传统意义上温度的概念只有在研究宏不雅物体的时辰才有意义，因为温度其实是大量粒子表示出来的集体性的性质。到了微不雅范畴我们很难直接界说温度的概念。可是分子动理论中温度代表微不雅粒子活动速度快慢的不雅点很轻易在微不雅宿世界找到对应。从这个不雅点出发，我们但愿将微不雅粒子的活动减小到最慢就是将微不雅粒子的温度降到最低。是以为了让钟的机能最佳，我们不仅需要微不雅粒子，更需要“冷”的微不雅粒子，好比冷原子，冷离子。热力学第三定律限制的最低的温度为-273.15℃，是以为了便利这个温度也被界说为0K 。
正如微不雅粒子冷热的概念和宏不雅有所差别，冷却微不雅粒子的体例也和宏不雅物体的方式截然不同。最直不雅的降温体例即是经由过程更冷的物体带走热量，天然界最冷的物体是液氦，大约能达到4K 。再往下传统的冷却手段就力所不及了。尝试中冷却微不雅粒子是经由过程激光，电磁场和原子彼此感化实现的。经由过程必然的彼此感化将微不雅粒子的动能转化到电磁波场中，经由过程恰当的尝试方案设计就可以让微不雅粒子的能量不竭降低，速度不竭减小，对应的频率精确度也就越来越高。而今朝尝试室已经可以实现温度在10-9K量级的超冷原子！讲起来寥寥几句，真正实现起来却十分复杂，需要当作千上百的光学器件，以及大量的电子学设备，每个部件还都要颠末精准的调节。

时间都去哪了？时间从哪里来！我的时间怎么测量？( 四 )

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