是谁决定一秒有多长了？
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【是谁决定一秒有多长了？】1967年 ， 世界各地的科研人员齐聚一堂 ， 共同研究一个困扰学界已久的问题——一秒究竟多长呢？乍听之下似乎答案很明显 。 一秒不就是时钟滴答一声 ， 钟摆摆动一下 ，数一个数花费的时间 。 但这些测量方法精确吗？时长又是基于什么而定的呢？
我们如何科学地定义 ， 秒这个最基础的时间单位呢？人类历史上很长的一段时间 ，古代文明都在使用一种记录夜空稳步变化的特殊日历来计时 。 事实上 ， 直到16世纪 ， 随着英国殖民主义发展 ， 公历得以在全球普及这才有了秒这个概念 。 公历将一天定义为地球绕轴自转一周 。 一天分为24小时 ， 每小时60分钟 ， 一分钟60秒 。 然而 ， 最开始 ， 秒更像一个数学概念 ， 而非实用的时间单位 。 在乡村 ， 靠天和小时计时 就已经够用了 。 直到四通八达的高速铁路将人类社会紧密联系起来 ， 城市之间才需要 在精准计时方面达成一致 。 到了20世纪50年代 ， 无数的全球体系要求每一秒钟都要准确计算 ， 每秒钟都要尽可能地精准 。 那么还有什么能比原子标度更精准呢？
早在1955年 ， 科研人员就开始开发原子钟了 ， 这种时钟基于物理学的不变性原理为计时打下了新的基础 。 原子内带负电荷的电子周期性地绕带正电荷的原子核转动 。 量子力学定律将电子保持在固定的距离 ， 但如果原子暴露在电磁场中如光或无线电波 ， 电子的朝向会受到轻微干扰 。 如果按照正确的频率 ， 短暂地拉扯电子 ， 就能创造出像嘀嗒摆动的钟摆一样的震动 。 一般的钟摆能量衰减地很快 ， 但电子却能运转几百年之久 。 为了保持一致 ， 并更易于测量电子的摆动 ， 科研人员将原子汽化把其转化为一种交互性低且稳定的状态 。 但这并未减缓原子惊人的运转速度 。 一些原子可以每秒振荡超90亿次 ， 原子钟因而具备 无与伦比的计时精准度 。 由于特定元素的同位素的 每个原子完全相同 ， 两个科研人员使用相同元素和相同的电磁波应该可以制作出完全一致的钟表 。 但原子计时完全实现之前 ， 各国首先要找出 ， 哪个原子最好用 。 1967年 ， 第十三届国际度量衡委员会大会便是围绕这个问题展开的 。 元素周期表上有118种元素 ， 每种元素都有其独特的特性 。 对于计时这项任务 ，科研人员的要求有如下几点 。 这种元素的原子振荡需要持久且高频 ，这样才能精准长期地计时 。 为了便于追踪其振荡 ， 这种元素的量子自旋——即电子旋转所绕的轴的方向——和一种简单的能级结构——即活性电子少且状态易辨认 ，都需要可靠易测 。 最后 ， 还要容易汽化 。 那么获胜的是哪种原子呢？
铯-133 。 铯原子此前就已经是原子钟研究的大热元素之一 。 到了1968年 ， 在市面上已经可以买到一些铯原子钟了 。 最后要做的就是决定铯原子摆动多少下算作一秒钟 。 大会使用了当时最精密的天文测量方法计算一秒的长度——由一年中的天数开始 ，往下进行时间分割 。 对比原子的摆动速度 ， 最终确定一秒钟为铯-133号原子正好摆动9192631770的用时 。 如今 ， 原子钟风靡全球—— 甚至用到了太空 。 从无线电信号发射器到定位卫星 ， 这些设备全部协调同步用于维持时间的全球一致性——且精准度无可比拟 。
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