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一秒有多长?
确切地说 , 究竟什么是一秒?自从第一个落地式大摆钟在17世纪中叶开始一秒一秒走动以来 , 人们就一直在对这个问题进行解释 。
简单地说 , 1秒是1/60分钟 , 即1/3600小时 。不过 , 这么回答又会引发其他问题 。毕竟 , 接着还要解释什么是小时 。这个问题的答案与古代文明的最佳计时方式有关——地球在宇宙中的运动 。地球自转一圈的时间 , 以及它绕太阳转一圈的时间 , 是相当稳定的 。在人类历史的大部分时间里 , 这足以作为标记时间流逝的方式 。天、小时、分钟都只是从地球运动衍生而来 。
然而 , 到了今天 , 当计算机以每秒40亿次的速度执行运算时 , 我们需要一个更好的时间测量方法 。无论是地球的自转还是公转 , 都会随着时间流逝而发生轻微改变 。就比如说 , 地球的自转略有放缓 。因此 , 根据地球自转测量一秒的长度就意味着一秒的持续时间会逐渐变长 。
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人们最初以行星的运动来进行计时
因此 , 为了确定一个真正永久性的时间测量标准 , 科学家在20世纪50年代设计了一个更好的时钟 , 不是以地球运动为基础 , 而是以原子的运动为基准 , 因为原子振动极其稳定 。今天 , 一秒被定义为铯-133(铯与钠为同一主族元素)原子基态的两个超精细能级之间跃迁对应辐射9,192,631,770个周期的时间 。
当用激光照射时 , 铯原子最外层的单个电子会在两个状态之间来回循环 , 即所谓的超精细跃迁 , 这个速率是恒定的 。虽然其他元素也有这样的性质 , 但铯只有一种稳定的同位素 , 因此它更容易提纯 。此外 , 相比起其他原子 , 铯的超精细跃迁足够大 , 速度足够快 , 所以表示时间更为精确 。
当然 , 用铯原子定义的一秒并没有与原来的一秒有着很大的不同 。一秒的长度还是一样的 , 但现在 , 它将永远保持不变 。目前的铯原子钟非常精确 , 它们在2000万年的时间里误差只有一秒钟 。
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铯原子钟
但这对科学家来说还不够 。虽然原子时钟在校准计算机、GPS系统等方面都起到重要的作用 , 但为了获得更快的处理器和更好的定位系统 , 我们还需要更好的计时系统 。在2016年 , 德国科学家提出了一种更好的原子钟 , 它基于锶元素 , 使用可见光而不是微波辐射进行校准 。锶的周期比铯快得多 , 跃迁频率更高 , 这样做出来的原子时钟就更加精确 。据估计 , 锶原子钟在3亿年的时间里误差只有一秒钟 。
【一秒的时间有多长 一个小时多少秒】不过 , 锶原子钟还在研发之中 , 铯原子钟至今仍是最终选择的计时器 。当你在调整手表 , 或者手机自动更新内置时钟之时 , 都有那么一个铯原子 , 与它的过去、现在以及未来完美地产生共振 。
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