激光鐘，即光學(xué)時(shí)鐘是采用激光作為測(cè)量參考和同步原子振動(dòng)頻率達(dá)到更高的計(jì)時(shí)精度，能夠使得20億年的時(shí)間誤差不超過(guò)1秒。是迄今計(jì)時(shí)最為精準(zhǔn)的時(shí)鐘。

簡(jiǎn)介

　　激光時(shí)鐘利用具體數(shù)字來(lái)表示時(shí)間，它的激光數(shù)字顯示方式十分特別。設(shè)計(jì)師在每個(gè)數(shù)字顯示位置上都分配有若干激光反射板。每當(dāng)需要顯示數(shù)字，表示時(shí)間的時(shí)候，激光就會(huì)從某個(gè)定點(diǎn)射出，然后通過(guò)其他反射板的折射，讓光線扭曲，從而獲得相應(yīng)數(shù)字的激光造型。這種激光顯示方式十分特別，通過(guò)進(jìn)一步地設(shè)計(jì)、運(yùn)用，設(shè)計(jì)師還特別推出了心電圖模式、傳統(tǒng)指針模式等其他種類的激光時(shí)鐘，讓時(shí)間的指示方式更加多元化。

原理

　　科學(xué)家們目前已經(jīng)成功地研制出了新一代的激光時(shí)鐘，這種時(shí)鐘計(jì)時(shí)極其精準(zhǔn)，在20億年時(shí)間里幾乎不會(huì)產(chǎn)生1秒的誤差。原理是通過(guò)用激光“注視”并測(cè)量原子的電子震動(dòng)頻率來(lái)計(jì)時(shí)。這種迄今計(jì)時(shí)最為精準(zhǔn)的激光時(shí)鐘未來(lái)可應(yīng)用于衛(wèi)星導(dǎo)航，其在追蹤地面移動(dòng)目標(biāo)時(shí)精度可以保持在1米以內(nèi)。未來(lái)，這種新型時(shí)鐘可以廣泛應(yīng)用在地面衛(wèi)星導(dǎo)航上，將使得汽車自動(dòng)駕駛成為可能。在技術(shù)應(yīng)用成熟后，甚至可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛的飛機(jī)精準(zhǔn)著陸。在取得上述成就后，美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、法國(guó)和日本等多個(gè)國(guó)家的科學(xué)家還準(zhǔn)備在這一研究領(lǐng)域繼續(xù)展開(kāi)競(jìng)賽，以便能夠設(shè)計(jì)制造出更加精準(zhǔn)的時(shí)鐘。他們的目標(biāo)就是將時(shí)鐘的時(shí)間精準(zhǔn)到自137億年前宇宙大爆炸以來(lái)分秒不差?？茖W(xué)家們相信十年內(nèi)這種時(shí)鐘必將實(shí)現(xiàn)。通過(guò)這種技術(shù)，時(shí)鐘將可以把時(shí)間分成更小的分量。

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　　此前，世界上最為先進(jìn)的時(shí)鐘是由美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所所研制。它通過(guò)測(cè)量水銀離子中電子的振動(dòng)，可以保持17億年的精確運(yùn)行而分秒無(wú)差。以前最為精確的計(jì)時(shí)設(shè)備是原子鐘，可以實(shí)現(xiàn)8000萬(wàn)年精確度誤差在一秒之內(nèi)。對(duì)比之下，一只普通的手表一個(gè)月內(nèi)會(huì)誤差大約15秒。位于法國(guó)巴黎的國(guó)際度量衡委員會(huì)計(jì)劃到2020年實(shí)現(xiàn)用光學(xué)時(shí)鐘取代原子鐘。該委員會(huì)負(fù)責(zé)時(shí)間與頻率的執(zhí)行秘書(shū)伊莉斯-阿里亞斯介紹說(shuō)，“光學(xué)時(shí)鐘代表著時(shí)鐘的未來(lái)，這是一項(xiàng)非常振奮人心的發(fā)明。到2015年，我們將取得階段性成果。”光學(xué)時(shí)鐘最重要的用途將可能是全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，用于跟蹤飛機(jī)、艦船和汽車等。全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收由衛(wèi)星發(fā)出的微波信號(hào)，主要是通過(guò)測(cè)量信號(hào)開(kāi)始抵達(dá)的時(shí)間進(jìn)行同步，可以將地面的某一物體鎖定于10米范圍之內(nèi)。 科學(xué)家們相信，如果在衛(wèi)星上安裝有光學(xué)時(shí)鐘，他們就可以將目標(biāo)定位于1米范圍之內(nèi)。這種精度可以用于汽車或飛機(jī)的自動(dòng)駕駛。當(dāng)然，除了這些外，科學(xué)家們對(duì)于光學(xué)時(shí)鐘的用途還有更高的期望。他們希望光學(xué)時(shí)鐘能夠幫助他們檢驗(yàn)物理學(xué)的基本定律。美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所物理學(xué)家蒂爾-羅森邦德認(rèn)為，“光學(xué)時(shí)鐘還可以用于檢測(cè)宇宙的基本屬性。我們甚至還可以依靠這種精度發(fā)現(xiàn)物理學(xué)領(lǐng)域基本定律的變化。”根據(jù)量子物理學(xué)的基本原理，原子是按照不同電子排列順序的能量差，也就是圍繞在原子核周圍不同電子層的能量差，來(lái)吸收或釋放電磁能量的。這里電磁能量是不連續(xù)的。當(dāng)原子從一個(gè)“能量態(tài)”躍遷至低的“能量態(tài)”時(shí)，它便會(huì)釋放電磁波。同一種原子的共振頻率是一定的—例如銫133的共振頻率為每秒9192631770周。因此銫原子就可以用作一種節(jié)拍器來(lái)保持高度精確的時(shí)間。 普通鐘表在測(cè)定時(shí)間時(shí)必須依靠固定的振動(dòng)頻率，機(jī)械表的擺輪頻率每秒5次或6次，音叉鐘的頻率每秒幾百至幾千次。石英鐘表的振動(dòng)頻率是由微小的石英片的振動(dòng)產(chǎn)生的，其固定振動(dòng)頻率每秒32000次。銫原子鐘振動(dòng)頻率高達(dá)9.19×109次。振動(dòng)頻率越高，計(jì)時(shí)就會(huì)越精確。1967年，由于原子鐘的研究取得了巨大的進(jìn)展，人們開(kāi)始重新給秒確定定義，即按照銫原子的振蕩頻率來(lái)制定。今天的原子鐘的精度可以達(dá)到每10萬(wàn)年誤差不超過(guò)1秒。2001年，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所首次利用激光代替微波研制出第一個(gè)光學(xué)時(shí)鐘。2004年，英國(guó)國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)所的科學(xué)家對(duì)這種光學(xué)時(shí)鐘進(jìn)行了改進(jìn)。2008年，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所再次研制出一種新型光學(xué)時(shí)鐘，比當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的原子鐘精準(zhǔn)了21倍。