“冷鐘”與計量

大可

三年前，中國計量科學研究院研制的NIM5銫原子噴泉鐘，成為國際計量局認可的基準鐘之一，參與國際標準時間修正。2000萬年內，它不會少1秒也不會多1秒。據報道，中國下一代的銫原子鐘將達6000萬年不差1秒。

還沒等到下一代的銫原子鐘，去年，我們又“發(fā)現(xiàn)”了一個新的鐘，空間冷原子鐘！

“冷鐘”

上海光機所研制的這個空間冷原子鐘，正搭載著天宮二號，在地球外的太空“飛”，那是與地而完全不同的環(huán)境呀。

不同的環(huán)境要有不同的原子鐘才能適應，而我們的這個“冷鐘”.達到了3000萬年誤差1秒，足全世界第一臺在太空開展科學實驗的空間冷原子鐘，電是目前在空間運行的精度最高的原子鐘！

科學家介紹說，“冷鐘”是在地面噴泉原子鐘的基礎上發(fā)展而來的。

在地球上，物體都會受到地球引力的影響.地球引力產生了重力。跳高運動員追求更好成績，就是試圖在一剎那更強地克服重力.雖然最終還是被引力吸引落地了。其實，跑跳、走路電在克服重力呀。

地面原子鐘的原子團自然也會受到重力的作用.所以它們只能如“噴泉”般運動。銫原子噴泉鐘就是這樣的，工作過程中銫原子團像噴泉一樣地“升降”。原子團也可以進行拋物線運動（看看一些橋拱的形狀，就知道什么是“拋物線”了）？無論是“噴泉”還是“拋物線”，在運動中，原子團速度、方向肯定有變化，屬于變速運動、

而空間冷原子鐘是處于微重力環(huán)境。航天員在太空如果不用東西固定，或者不拉住固定的艙壁等，身體會飄浮，就是因為處于微重力環(huán)境，在這樣的環(huán)境下，原子團所做的運動是超慢速勻速直線運動（非常慢的、速度不變、沿著直線的運動），加上它是“冷原子”——那是運州激光冷卻技術獲得的超低溫原子，有點深奧吧？我們只要知道結果就可以了：這樣的環(huán)境、這樣的技術，使得鐘達到的超高精度是前所未有的。

空間冷原子鐘的存在，可以讓人類的很多探索得到解答。比如地球與太空中的各種天體時間不一樣.如果天上有個原子鐘，地面也有個原子鐘，就可以知道兩者時間相差多少。別小看了時間差，因為根據它可以測量出許多數(shù)據，這對人類研究太空太重要了。

空間冷原子鐘還可以校準衛(wèi)星上的原子鐘，不說別的吧，對導航來說就是“福音”啊！因為導航衛(wèi)星需要精準的時間，否則接受導航的人將會被“謬以千里”。

計時

人類生活離不開時間。

最初.人們看著太陽來掌握時間、指導自己的生活，所以有了“日出而作，日落而息”這樣的描繪。

后來，發(fā)明了H晷、沙漏、刻漏等工具，可以細分時間，更有利于工作和生活?？催^電視劇《瑯琊榜》嗎？有這樣一個情節(jié)：梅長蘇被帶進皇宮，接著靖王也收到進宮命令，種種現(xiàn)象預示梅長蘇可能會遇險。因為進宮后無法傳遞消息，靖王和霓凰郡主約定，到午時（中國古代把一天劃分為十二個時辰，午時是上午11時至下午1時，又分為11時開始的午初、12時開始的午正），如果梅長蘇和他沒有出宮，霓凰就帶兵沖進皇宮救人。靖王進宮后，霓凰郡主嚴陣以待，守在不斷滴水的刻漏前，觀察浮箭?！翱獭本褪侵赣锌潭鹊母〖奥眲t是指漏壺。水從漏壺孔流出，漏壺中的浮箭隨水面下降，浮箭上的刻度指示出時間。

唐朝大詩人白居易寫的詩中有“鐘鼓樓中刻漏長”這樣的句子，說自己在一片寂靜中只聽到鐘鼓樓上刻漏的滴水聲，意思是時間過得太慢了?？梢娔菚r“鐘”已經在生活中不可或缺，以至不但用來計時，還能影響到人的心緒。

再后來有了現(xiàn)在常見的鐘表，時間就更加精確了。

人類的探索沒有極限，對時間測量標準的要求也沒有極限。不斷改進、發(fā)明的結果，又山現(xiàn)了精度更高的石英鐘等，原子鐘后來居上，給了人們更大的驚喜。精準的原子鐘對計量學、物理學等，都自著重大的科學研究和應用價值。

計量

說到計量，我們不出得想到上面提到的中國計量科學研究院。再一查，還有廣東省計量科學研究院、上海市計量測試技術研究院

“計量科學”這幾個字很簡單，卻又讓人覺得陌生，除了研究時間計量（準確地說是時間頻率計量）外，還有哪些計量研究呢？

那可多了！溫度計量、幾何量計量、電磁計量、無線電計量、電離輻射計量、光學計量、聲學計量、力學計量、化學計量計量原來這么有用?。?/p>

我國最早的計量器具是“度量衡”：

度——計量長短：單位有丈、尺、寸、分等，一丈等于十尺，一尺等于十寸，一寸等于十分…

量——計量容積：單位有石、斗、升、合等，一石等于十斗，一斗等于十升，一升等于十合……

衡——計量輕重：單位有斤、兩、錢、分等，一斤等于十六兩，一兩等于十錢，一錢等于十分……

有個成語叫“錙銖必較”，意思是很少的錢也要計較，非常小氣。錙、銖也是重量單位，錙是一兩的四分之一，銖是一兩的二十四分之一。

秦始皇統(tǒng)一了中國后，又統(tǒng)一了貨幣，統(tǒng)一了文字，統(tǒng)一了度量衡，統(tǒng)一了馬車大小和車道寬窄……這樣，便利了交流，比如，做買賣就方便很多。

統(tǒng)一計量，也給科學創(chuàng)造帶來了“催化劑”。

四大發(fā)明的造紙術、印刷術、指南針、火藥，都離不開“度量衡”：什么制料適宜制造電適宜推廣使用？多少原料才能達到最好效果？等等。如果不統(tǒng)一計量，今天成功了，明天就可能失收。從這些發(fā)明可以看出.中國古代計量成就處于領先地位。

火藥發(fā)展到今天，在炸藥方面，多大計量會產生多大爆破效果，早為人們熟知。中國的定向爆破技術，可以一次用千噸炸藥，讓百萬立方米的土石方往指定方向傾倒。當然，定向爆破不僅計量炸藥，還有對拋出物體多遠、會形成什么形狀等的計算，這些都離不開溫度、幾何量、力學、化學等等的計量。

火藥還發(fā)展出了焰火。藝術大師蔡國強用短短的80秒，讓焰火燃燒成一架直升云霄的“天梯”，除了計量火藥，還有對制作梯子的鋼絲繩、鋁合金以及梯子上的氣球、氣球里的氦氣、牽引氣球的船、放置物品的漁排等等的計量，沒有清晰準確的計量標準.怎么可能有成功的表演！

計量科學

當年秦始皇統(tǒng)一中國要統(tǒng)一計量單位，如今世界的交流已經是常態(tài)，所以要統(tǒng)一計量標準。

世界有國際計量大會，大會把每年的5月20日確定為“世界計量日”。

人會下面有國際計量委員會，主要任務就是推廣世界計量單位的統(tǒng)一，審查新的計量標準。

國際計量局，是國際計量大會、國際計量委員會的執(zhí)行機構，是常設的世界計量科學研究中心。

國際計量大會推出的質量單位是千克，可是，美國市場上不少計量單位是“磅”；推出的長度單位是米（包括千米），而英國的汽車上還在用“英里”。不統(tǒng)一的計量單位常給人帶來許多不便，這還是在生活上，如果在嚴密的科學領域里，容易造成很大的誤差。

國際計量委員會還要審查新的計量標準。這就是說，誰先研究出標準并被審核通過后，大家就以這個標準為準繩。

無論是秦始皇的全國統(tǒng)一，還是現(xiàn)在的“全球化”，誰最先進就獲得標準主動權。擁有主動權，就能站在制高點。

舉個最簡單的例子：中國最早用的不是千克、米等單位，而是丈、斤等，為了與國際同步.修改了計量標準，以至所有的“度量衡”器具，比如尺、秤等都要符合國際標準。這屬于“跟跑”，而不是“領跑”。

計量科學，值得好好研究哦。endprint