時間的計量發(fā)展歷程

      宇宙中一切物質(zhì)的起源和消亡，世間一切事物的產(chǎn)生和終結(jié)，地球上一切生命的誕生和滅亡，所有的這些與時間緊密相關(guān)。
      日月更替，斗轉(zhuǎn)星移，花開花落，人類數(shù)千年的文明在時間的長河中緩緩流淌，時間見證了這一切的變化，而日益先進的人類文明使得我們能夠更準確的去感知時間。早在人類文明誕生之初，人類便開始通過對時間的計量來描述萬事萬物的變化，并由此誕生了一系列精度越來越高的計時器具。
      遠古時期，人們以太陽的東升西落作為時間尺度，因此便有“日出而作，日落而息”的人類生活；公元前二世紀，日晷出現(xiàn)，提高了時間的計量精度；我國北宋時期的能工巧匠們設(shè)計出水鐘；六百多年前出現(xiàn)了機械鐘；十七世紀，單擺被用于機械鐘的設(shè)計，使其計時精度提高了近百倍；二十世紀三十年代，石英鐘誕生，計時精度進一步被提高。
      這些計時器具即我們概念中的“時鐘”，細數(shù)這些鐘的發(fā)展，最古老的鐘追溯至太陽鐘，例如圭表、日晷。有據(jù)可查的太陽鐘始于公元前2357-2258年的堯帝時期。《周禮?地官?大司徒》中有“以土圭之法測土深，正日景（影），以求地中”?！洞汗?典瑞》中也提到了“土圭以致四時日月，封國則以土地”。
      之后出現(xiàn)水鐘，它屬于流體鐘的一種，除水鐘之外，流體鐘還包括沙鐘。水鐘和沙鐘都是使用一定數(shù)量的流體，通過測量流體在特定方式下流動所需的時間來表示固定的時間間隔，這類不依賴于天文現(xiàn)象的“漏刻”計時儀器至少有4000年的歷史了。我國最早的機械鐘也出現(xiàn)在北宋時期，而歐洲的機械鐘出現(xiàn)于十三世紀，最早傳入我國的機械鐘在明朝萬歷年間，被獻于萬歷皇帝。 
      隨著社會發(fā)展的需求，對時鐘精度的要求越來越高，于是石英鐘應(yīng)運而生，它是通過石英鐘內(nèi)部穩(wěn)定的石英振蕩器來計時的。隨著科技發(fā)展的要求，以及人類對精密測量的執(zhí)著追求，石英鐘逐漸不能滿足要求，逐漸被精度高于它的鐘所代替，例如原子鐘。
      原子鐘是利用原子吸收或釋放能量時發(fā)出的電磁波來計時。由于這種輻射電磁波周期非常穩(wěn)定，再加上利用一系列精密的儀器進行控制，原子鐘的計時就可以非常準確了。
     最初并且最常用于原子鐘研制的元素有氫、銫、銣等堿金屬。原子鐘的精度可以達到每100萬年才誤差1秒。1967年，銫原子鐘被用來進行“秒”定義，即為無干擾的133Cs原子基態(tài)兩個超精細結(jié)構(gòu)子能級之間微波頻率躍遷周期的9,192,631,770倍，也就是我們通常所說的國際原子時。從此開啟了原子“秒”的時間計量標準時代，直到現(xiàn)在的“秒”定義仍由銫原子噴泉鐘保持。
      脈沖星是另外一種獨特的時間計量器具，它是一種高速旋轉(zhuǎn)的致密中子星，自轉(zhuǎn)周期非常穩(wěn)定。通過對脈沖星的計時觀測，可以建立高精度的時空參考架。利用脈沖星鐘建立和保持的綜合脈沖星時系統(tǒng)，有可能比目前的原子時系統(tǒng)具有更高的長期穩(wěn)定度，并能獨立地檢測原子時的系統(tǒng)誤差。這種獨特的時間計量方式正在被科學(xué)家們研究中。
      對于原子鐘，科學(xué)家不遺余力地進行探索并取得了巨大的研究成果，他們研究出了比現(xiàn)行的基準鐘——銫原子鐘精度更高的時鐘，即光鐘，銫鐘作為基準鐘的地位受到嚴重沖擊。光頻標的研究得到了大力發(fā)展，這種利用以原子的光學(xué)波段共振頻率標準作為時間頻率基準的鐘——光學(xué)原子鐘，將人類對時間、頻率的測量精度又大大的向前提升了一步！
      因為原子鐘在測量時間頻率時，它的“尺子”就是原子共振時發(fā)出的波長，波長越短意味著“尺子”的刻度越精細，測量也就越精確。光鐘里原子共振的波長要比微波原子鐘里的波長短5個量級！目前最新光鐘的測量精度已經(jīng)比微波原子鐘高出了100倍還多！隨著對光鐘研究的深入，人們已廣泛預(yù)言在本世紀的第二個十年內(nèi)光鐘將被用于作為新的時間的定義。