什么是時間呢，有人低頭望向了手表，對，時鐘會告訴我們時間，它無處不在，我們也會用稍縱即逝、白駒過隙、光陰似箭等成語形容時間的流逝。站在科學和技術的角度上呢，時間是這樣被定義的，它作為一個尺度，用于比較事件發生的先后。在確定時間起點之后，用世紀、年、月、日、時、分、秒來記錄時刻值，就好像一把尺子。

這就與我們的生活息息相關了，例如，每天晚上7點，新聞聯播準點報時；奧運會賽場上，蘇炳添在百米賽跑中跑出了9秒83的成績；今年10月16日0時23分，搭載神舟十三號載人飛船的運載火箭發射成功。

1、發展歷史

那么，如何對時間進行衡量呢？答案就是時鐘。 回看計時工具的發展歷程，不論是日晷、擺鐘、石英鐘還是原子鐘，都是利用自然界中的重復規律來計時，其規律是相通的，這是人類對世界認識不斷提升的成果，也是自然界留給我們丈量宇宙的尺子。

2、工作原理

原子鐘的工作原理呢，原子是組成物質的非常微小的粒子，在宇宙形成之初便存在了。原子雖小，其內部也是一個復雜且精彩的世界。原子由原子核及在核外沿軌道飛行的電子組成。電子有自己固定的若干個飛行軌道，當其從一個軌道跳變到另一個軌道時，能量會發生改變，需要吸收或釋放電磁波，而這個電磁波，就是我們所說的振蕩頻率，它非常的穩定，即同一種原子，電子在兩個固定軌道間跳變時，吸收或釋放的振蕩頻率是相同的。

有了穩定的電磁振蕩之后，問題又來了，如何將這個穩定的振蕩頻率從原子中提取出來呢？我們在此以銣原子鐘為例進行說明。我們將一群銣原子囚禁起來，并放在一個特定的激光場中，銣原子內的電子吸收激光場的能量，即光子，電子便偏離自己本身的軌道，跳變到另一個軌道上，當所有的銣原子都完成這一步驟后，便不再會吸收光子了，這時，激光場的能量不再發生變化。

此時，我們利用電磁學手段給銣原子加上一個微波場，當微波場的頻率與銣原子的振蕩頻率相等時，銣原子中的電子會紛紛從新軌道跳回最初的軌道上，這時，銣原子又要開始吸收光子，激光場能量發生波動。因此，隨著我們改變微波場的頻率，當檢測到激光光強變弱時，便得到了銣原子的振蕩頻率。有了這個頻率之后，我們便可以將它作為標尺來測量時間。

必須要指出的是，這把尺子非同一般。原子的振蕩頻率非常的快，我們把它和單擺作一下比較，單擺幾秒鐘擺動一下，而銣原子產生的電磁振蕩，一秒鐘擺動了10的9次方，也即10億次。用如此細微的一把尺子來衡量時間，難怪時間的測量精度如此的高呢。

3、原子鐘究竟有多準

那么，原子鐘究竟有多準呢，讓我們來跟機械手表、石英鐘對比一下，當我們帶著機械手表開著車，繞著北京四環跑一圈，大概一個小時吧，機械手表就偏差了一秒；對于石英鐘來說，偏差1秒差不多需要270年，也就是說，假如我們帶著一塊石英鐘回到清朝，在乾隆下江南偶遇夏雨荷時送給她，那么，到2021年的今天，這塊表只偏差了1秒；原子鐘偏差一秒需要多久呢，3000萬年，假如我們送給地球上最后一只霸王龍一臺原子鐘，那么，到2021年的今天，這臺原子鐘只偏差了2秒。

4、研制一臺原子鐘有多難

研制一臺原子鐘有多難呢，首先，我們需要對原子有充分的了解，包括物理、化學性質，內部結構，電子特性等等，進而選出適合研制原子鐘的原子，放眼元素周期表上一百多種元素，適合研制原子鐘的只有十余種，而這些原子，又有著不同的脾氣與秉性，需要被區別對待。

在選定了原子之后呢，就要抓住他們，有的原子可以通過加熱的方法，把他們趕進一個小房子內；有的呢，則需要動用我們的激光武器，用激光將他們困住。當然，隨著科研工作者的不斷探索與努力，抓原子的方式的，也在不斷更新。

這些原子呢，非常的嬌貴、靈敏，外界一點點風吹草動，他們就會受到影響，因此，抓住原子之后呢，我們還要保證他們不被外界打擾。

首先，我們要為他們構造一個恒溫空調房，讓他們感受到恒定舒適的溫度，不會被晝夜溫差、一陣風吹過帶來的涼爽所影響。然后，他們還需要一個能夠屏蔽外界所有磁信號的保護層，我們知道，地球自身存在磁場，我們使用的電器、通信工具等，也都會發射或接受電磁波，這些，都會帶來原子性能上的差異。

解決完原子的問題之后呢，我們又需要把它的振蕩信號提取出來，就好像我們要在原子房子的周圍進行配套設施建設，這時，科研工作者面臨的問題就更多了，他們需要用到激光光譜學、電學、結構力學等眾多學科的知識?？梢哉f，每一個原子鐘研發人員，都有著三頭六臂呢。

一臺原子鐘，可能會用到幾十顆甚至數百顆螺絲釘，數百個電子元器件，經過上千次測試驗證，凝結著無數科研工作者的心血。

5、應用情況

與生活中常見的手表等時鐘不同，我們在生活中很難看到原子鐘的真面目，甚至會因為太高大上了而感到很遙遠。但其實，原子鐘非常的接地氣，離我們很近很近。

我舉幾個例子，每天晚上7點，新聞聯播開始前，會有一個熟悉的聲音響起“現在是北京晚上7點整”，北京時間哪里來的？就是我們的原子鐘組提供的。再比如，我們日常生活中離不開的導航系統，也用到了原子鐘。導航系統通過測量衛星與用戶之間的距離來定位，距離的測量離不開時間。在每一顆導航衛星上，都配備著若干原子鐘，精確的時間標準使得導航精度控制在米量級。試想一下，如果沒有原子鐘，導航系統誤差將大大增加，駕駛車輛時，跟著導航系統卻走錯了路、走著走著撞了墻這種事會經常發生。此外，如果沒有原子鐘，電網調節時間出現偏差，可能會導致電機故障；金融系統時間不同步，可能會導致巨大的經濟損失；各地交通體系時間有差異，可能會造成交通事故。

6、結尾

浩瀚的宇宙中藏著未知的秘密，我們渴望知道黑洞里面是什么樣子，我們渴望看到引力波的痕跡，我們也渴望與地球外生物對話，這些對未知的向往，使人類從未停止對時間頻率測量精度的追求，原子鐘精度的記錄還在被不斷刷新。一臺臺服務生活的原子鐘，是航天事業工作者不懈努力的結果，是繼續前進的動力，更是航天精神的映照。