无论人们是否意识到，我们确实生活在一个被时间支配的时代。你能想象吗？22分钟的时间足够你从冰箱里拿出剩菜，放进微波炉，快速吃完，然后在三分钟内收拾干净，对吧？与过去的时代相比——“那么，明天下午见？”在13世纪的欧洲，机械钟尚未出现在教堂和城市广场上。正如《科学美国人》所述，牧师们可以更好地记录那些繁琐的祈祷任务，尤其是在时钟上安装了铃铛之后。是的，人们总是需要记录时间——从埃及的日晷到希腊的漏壶，从蜡烛钟到沙漏等等。但现在呢？你可以活3000亿年而不浪费一秒。是的：十亿——甚至不是百万。
2022年2月，威斯康星大学麦迪逊分校的物理学家们研发出了有史以来最精确的时钟。他们的发明——在《自然》杂志上被称为“多路一维光学晶格时钟”——并不是为了让人类活得更久，也不是为了帮助你知道热口袋何时吃完。正如Space所说，这个超级时钟的存在是为了帮助我们测量和理解宇宙，揭示暗物质、引力波等的奥秘。它基本上是一个时间的标尺。
适合空间，不适合手腕
在这一点上，科学敏锐的人可能会问：“是的，但宇宙本身不是只有138亿年的历史吗？”没错。这个多路时钟每3000亿年损失一秒，相当于宇宙当前年龄的22倍。有人可能会问：“这有什么意义？我那块超酷的石英斯沃琪表还不够吗？”当然，像石英这样的计时方法比直接的机械计时器精确得多。石英在导电时每秒振动超过32000次，这就是为什么石英钟能如此精确地调节机械钟的部件。美国宇航局表示，最好的石英钟每小时只差十亿分之一秒。
这样的精度损失在地球上并不重要。但在太空中呢？美国国家航空航天局解释说，航天器与地球之间通信中最微小的时间损失意味着数百公里的导航误差。这就是为什么该机构正在开发“深空原子钟”——在石英钟中加入汞分子——以帮助航天器导航。当受到微波的冲击时，这些分子中的电子会跳到不同的能量壳层，产生不同的波长。测量这些波长可以得到一个每1000万年只损失一秒的时钟。
光学钟甚至比原子钟更精确，因为它们用光而不是微波来激发石英。那么威斯康星大学麦迪逊分校的新时钟呢？它是由六个互锁的光学钟组成的。
从宇宙中揭示秘密
威斯康星大学麦迪逊分校的科学家们并不打算像美国国家航空航天局那样，利用他们的新型多路复用光学时钟探索太空，而是希望在地球上探索现实。如何做到？他们会用光来激发石英，这意味着童年的梦想真的可以实现：我们将用激光从宇宙中提取秘密。皮尤尤。
或者至少，一旦威斯康星大学麦迪逊分校的研究小组获得比他们目前的“相对糟糕的激光”更好的设备，我们就会开始这样做，正如研究作者兼物理学教授西蒙·科尔科维茨所说。但即便如此，凭借他们目前的工具，他们能够在真空室中向锶原子（在这种情况下不是汞）发射多个激光，以获得他们的结果。多个激光显示，测量的差异相当于每3000亿年只有一秒，这是使用物理上分开的同时计时器测量时间的世界纪录。他们还创造了另一项记录，即在仅1毫米的距离内测量结果。这是我们能够证实爱因斯坦广义相对论的最短距离，广义相对论描述了重力和质量之间的关系。
根据《史密森尼杂志》的报道，正是这最后一点使得使用多路复用时钟来测量引力波等现象成为可能，引力波在太空中不断涌动。只要加以改进，我们就可以沿着这些神秘现象的线索，深入探索。
[特色图片由N. Phillips/NIST通过Wikimedia Commons |裁剪和缩放]
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希望本篇文章《每3000亿年仅误差1秒的原子钟》能对你有所帮助！
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