對于時間，世界上早就有統一標準。但最近，美國科學家發明了一種測量時間的新方法，這一方法同時有望取代國際公斤的標準。他們所提出的新方法，讓研究者能夠直接從質量上看出時間，或者從時間上看出質量。這一發現可能會顛覆我們現有時鐘和質量秤的使用功能，同時也有助于重新校準公斤單位。

　　用“質點”來確定時間的標準

　　什么是時間？人們每天都在感受著晝夜輪回的變化，這是時間的見證。在美國科學家所發明的新系統中，最重要的一點是，用一個質點來確定一個時間標準。所謂質點，就是有質量但不存在體積與形狀的點。在物體的大小和形狀不起作用，或者所起的作用并不顯著而可以忽略不計時，我們近似地把該物體看作是一個具有質量但大小和形狀可以忽略不計的理想物體，這稱為質點。

　　這項研究結果發表在美國《科學》雜志上。該項目的負責人、加州大學伯克利分校的物理學家Holger M?ller指出，宇宙中的質點和時間是同時誕生的。

　　所有現存的時鐘都要依靠幾個相互作用的物體，例如落地式的大擺鐘，它需要一個因地球重力作用而來回擺動的鐘擺。現今國際上對秒的定義是由原子鐘來確定的，電子會產生震動，這就是所謂的能量水平，它在這個過程中釋放光的振幅，一定數量的振幅就是一秒。部分物理學家懷疑一個單獨的物體能否起到時鐘的作用，所以他們把銫元素的原子核和電子作為一個單一質點。在實驗中，研究者也使用了銫元素的原子，因為它能夠利用激光冷卻，而且是中性的，這些性質都能減少對周邊環境的敏感性。

　　在實驗中，M?ller及其同事致力于研究銫元素原子內一種名為康普頓頻率的量。在量子的層面上，物質會產生類似波動的動作，而康普頓頻率可以顯示這些波動的振幅，科學家設下定義：X倍的振幅等于一秒。

　　或將重新定義公斤標準

　　由于現代技術很難直接測量康普頓頻率，所以M?ller的團隊跳過了這個障礙。他們測量了一個較小的量，并通過這個量算出了康普頓頻率。為此，他們探究了愛因斯坦相對論中的“孿生子悖論”。這一悖論指的是一個人若以光速離開地球，再以同樣的速度返回地球，這個人就會比留在地球上的兄弟姐妹看起來更年輕。研究者使用了一個名為Ramsey-Borde的干涉儀，他們用銫原子撞擊帶有勢能的光子，并使其移動。激光將銫原子的波長一分為二。原子的兩個波長像“孿生子悖論”說的那樣“行動”：一個波長停在原地，另一個波長移動后回到原點，回來的波長因而要比前者更加“年輕”，因為在移動的過程中它的震動次數相對較少。

　　如果擁有銫原子的康普頓頻率，那就可以用量子力學的方程算出它的質量。其他質量的原子也可以據此計算。在日常生活中，我們需要更實際的質量單位而不是某個原子的質量，所以研究者使用了“阿佛加德羅球體”來定義一種新的公斤標準。這些球體實際上是由一定量的原子構成的晶體。

　　目前，公斤是以一個鉑銥合金圓柱筒的質量作為參照標準，該圓柱筒被放置于法國塞夫勒市的一個房間內。這是最后一個用物體作為衡量標準的實驗，專家為此憂心忡忡。他們記錄了從125年前開始的質量變化，這也促使國際科學界在2011年呼吁采用新的公斤標準。新的“康普頓-阿佛加德羅模型”依靠不變的物理現象，結果顯示它是目前為止最精確的質量校準方式。