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很显然,这个当然不能这么算了!毕竟这是受到气压的影响,和时间快慢本身又有什么关系呢!

所以当速度变快之后,飞船上,或者卫星上用来计时的原子钟会不会也会出问题呢!

就如同那个利用滴水来计时的计时器会受到气压影响一样。

因此速度变快之后是不是也会影响原子钟的计数呢!从而让人错误的认为这是时间变慢所导致的。

要知道,为了准确计量时间,随着时代发展,时间计量工具在不断更新换代,从日晷、沙漏、水钟,到机械钟、石英钟,再到原子钟,精确度越来越高。

如果说日晷、沙漏、水钟是鲁班尺,那么机械钟、石英钟就是卷尺,原子钟则是千分尺。

而随着科技的进步和发展,终于到二十世纪三十年代,科学家在研究原子和原子核的基本特性时发现,原子的振荡频率准确性非常高,从而产生了利用原子的振荡频率来制作时钟的想法。

于是在一九四八年,米啯啯家标准局利用氨分子的吸收谱线,建造了世界上第一台原子钟。

但受多普勒效应影响,振荡器谱线太宽,其精确度并不比石英钟高。为此,米啯物理学家拉姆齐在一九四九年提出分离振荡场的方法,大大提高了精确度。

之后一九五五年,音啯物理实验室用铯元素唯一的稳定同位素铯一三三原子,成功研制出第一台铯束原子钟,开创了实用型原子钟的新纪元。

到二十世纪末,科学家们对原子钟的使用条件进行严格规定,并通过使用激光冷却和原子俘获及更精密的激光光谱等技术,大幅提高了原子钟的精确度。

而后进入二十一世纪,科学家们不但在原子钟的准确度方面追求极致,还在原子钟的微型化和节能化方面狠下功夫。

这使新一代原子钟实现了芯片级跃升,能耗也大大降低,从而在稳定性和精密性方面得到极大优化,并进入商业化推广阶段。

而原子钟一般运用在对时间精确度要求比较高的系统上。比如卫星导航系统,它主要利用测量时间来测距,最后达到导航定位的目的。

时间测量,则主要依赖于卫星和地面站放置的原子钟。原子钟如同卫星导航系统的“心脏”,其精准与否直接影响卫星定位、测速和授时精度。

卫星上常用的铷原子钟,可做到几十万年只差一秒。即使如此之高的时间精度,也会让卫星导航系统产生数米的定位误差。

当然由于卫星环绕蓝星飞行的速度太快,所以就会照成相对论中的时间膨胀效应,让原子钟的实际时间变慢,所以为了不至于和地面时间偏差越来越大,因此卫星定位系统里的原子钟都是和地面上的原子钟经常性校准的。

只有这样才能保持卫星定位的精准程度,不至于误差太大。

然而被奉为最精准的原子钟为何会受到速度的影响从而变慢,而这就得从原子钟的制作以及运行原理解释了。

要知道,原子由中心的原子核及在核外沿特定轨道运行的电子组成。每个电子都有属于自己固定的飞行轨道,当最外层电子从一个轨道跳变到另一个轨道时,能量就会发生改变,需要吸收或释放电磁波。

这个电磁波有一个确定的频率,而且非常稳定。根据现在电子表原理,只要我们掌握了某种原子超精细能级之间所对应的电磁振荡频率,就可用来精确计时了。所以,科学家用原子作节拍器,保持时间的高精度。

而如何利用这个稳定的电磁波作为时间计量的钟呢!

早期的科研工作者们针对不同原子,研究出了不同对策。对于导航卫星上装载的铷原子钟,首先将铷原子团“囚禁”在一个密闭的真空气室里,并用波长七百八十纳米的光照射它,铷原子的最外层电子吸收光场的能量,跳变到另一个轨道,并自辐射到第三个轨道。

当所有铷原子都完成这一步骤后,便不再吸收光子,也无法观察到原子自发辐射产生的荧光了。之后,再用一个六点八吉赫兹的微波去照射这群原子,让第三个轨道的电子重新回到第一个轨道。

这时,可观察到铷原子重新吸收七百八十纳米的光子,并自发辐射出荧光。利用观察到的荧光强弱,反馈回去纠正微波信号,就可得到高度稳定的微波频率。这就是铷原子钟的工作原理。

地面上常用于时间保持的铯原子钟,则完全采用不同策略。原子外层电子如果处在不同轨道,就会具有不同的磁矩,在非均匀磁场中,将会受到不同大小的磁力。

先将铯原子加热成气体,并让其穿过一个小孔变成铯原子束,然后再穿过一块特定的磁铁,处于不同轨道的原子就会发生不同角度的偏转。

这时,用一束九点二吉赫兹的微波去照射这些原子,让某一特定角度偏转的原子实现轨道跳变,最后再通过一个特定方向的磁铁,让发生跳变的这一部分原子刚好穿过另外一个小孔,并用传感器去探测这一部分原子的数目,将其转换成电信号,反馈回去控制微波源的频率,得到稳定频率的微波信号。

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