時(shí)間，熟悉又抽象，看不見摸不著，又無(wú)處不在。從“立表見影，視影知時(shí)”的日晷到“弦輪密運(yùn)，機(jī)巧精妙”的機(jī)械鐘，再到“量子振蕩，穩(wěn)定精準(zhǔn)”的原子鐘，乃至被稱為“宇宙燈塔，太空時(shí)鐘”的脈沖星計(jì)時(shí)系統(tǒng)……縱觀人類發(fā)展史，計(jì)時(shí)工具不斷更替，計(jì)時(shí)技術(shù)持續(xù)演進(jìn)。

那么，我們說(shuō)的“準(zhǔn)時(shí)”，究竟以何為準(zhǔn)呢？

計(jì)時(shí)原理先后經(jīng)歷了“天體運(yùn)動(dòng)—物理現(xiàn)象—機(jī)械振動(dòng)—壓電效應(yīng)—量子躍遷—射電脈沖”等“進(jìn)化”過(guò)程。20世紀(jì)60年代以前，世界時(shí)（UT）作為基準(zhǔn)時(shí)間被廣泛應(yīng)用，它是基于地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)測(cè)量的時(shí)間。20世紀(jì)60年代以后，利用量子躍遷頻率確定的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)——原子時(shí)（AT）應(yīng)運(yùn)而生。從此，國(guó)際上應(yīng)用原子時(shí)取代天文時(shí)重新定義時(shí)間基本單位“秒”。

世界時(shí)的時(shí)刻對(duì)應(yīng)太陽(yáng)在天空中的特定位置，反映地球在空間旋轉(zhuǎn)時(shí)自轉(zhuǎn)的角度和地軸方位。但是地球自轉(zhuǎn)不均勻等特性，使得世界時(shí)的秒長(zhǎng)大致呈逐年變長(zhǎng)的趨勢(shì)。原子時(shí)能夠滿足對(duì)時(shí)間間隔均勻性的要求，但它的時(shí)刻卻沒有具體的物理含義。因此，為了兼顧人們對(duì)時(shí)刻和時(shí)間間隔的測(cè)量應(yīng)用需要，定義了“協(xié)調(diào)世界時(shí)”（UTC），它是采用原子時(shí)的秒長(zhǎng)，利用原子時(shí)的均勻性，通過(guò)閏秒，保證時(shí)刻與世界時(shí)在一定程度相符的時(shí)間尺度。1972年，國(guó)際上規(guī)定“協(xié)調(diào)世界時(shí)”成為新的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，并沿用至今。

隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)秒以下的時(shí)間細(xì)分提出了越來(lái)越多的需求，產(chǎn)生了毫秒、微秒、納秒、皮秒、飛秒、阿秒、仄秒等，這就是精密時(shí)間。精密時(shí)間包含了“時(shí)間間隔”和“時(shí)刻”兩個(gè)要素，其中“時(shí)間間隔”主要利用原子時(shí)測(cè)量。原子時(shí)由原子鐘提供，原子鐘的計(jì)時(shí)精度非常高，可以達(dá)到幾千萬(wàn)年甚至幾十億年不差1秒。

原子鐘為什么這么準(zhǔn)？量子物理研究表明，微觀世界中的原子可以在不同能態(tài)之間轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換過(guò)程中，原子會(huì)吸收或釋放電磁波，電磁波頻率與能態(tài)之間的能量差成比例關(guān)系，非常穩(wěn)定。利用它控制電子振蕩器或激光器的頻率，輸出可以實(shí)際應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)頻率電磁波信號(hào)，對(duì)電磁波振蕩周期計(jì)數(shù)，就可以形成時(shí)間信號(hào)的輸出，從而實(shí)現(xiàn)自然界最精準(zhǔn)的時(shí)鐘——原子鐘。在過(guò)去半個(gè)世紀(jì)里，原子鐘的計(jì)時(shí)精度大約每7年就會(huì)提升一個(gè)數(shù)量級(jí)，這一趨勢(shì)還在繼續(xù)。正是得益于此，時(shí)間成為目前測(cè)量精度最高的物理量，精度可達(dá)到阿秒（10－18秒）量級(jí)，甚至更高。

人們對(duì)時(shí)間測(cè)量和應(yīng)用的研究帶動(dòng)了科技的進(jìn)步。如今，我國(guó)科學(xué)家已成功研制出氫原子鐘、小型銫束原子鐘、冷原子銫噴泉基準(zhǔn)鐘、冷原子銣噴泉守時(shí)鐘、冷原子鍶光鐘、冷原子鐿光鐘、鈣離子光鐘以及世界上體積最小的芯片原子鐘等，應(yīng)用相關(guān)原子鐘實(shí)現(xiàn)了中國(guó)自主產(chǎn)生、保持的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間——“北京時(shí)間”，能夠運(yùn)行6000萬(wàn)年不差1秒。

時(shí)間的作用遠(yuǎn)比我們想象的重要。今天，精密時(shí)間應(yīng)用范圍非常廣泛，涵蓋基礎(chǔ)研究、工程技術(shù)應(yīng)用、國(guó)家安全以及國(guó)計(jì)民生等諸多方面。

在衛(wèi)星導(dǎo)航方面，時(shí)間信息的生成與保持、時(shí)間頻率信號(hào)的測(cè)量與同步是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)最關(guān)鍵的基礎(chǔ)技術(shù)。用戶的位置和速度信息是通過(guò)測(cè)量時(shí)間獲得的。百萬(wàn)分之一秒（1微秒）的時(shí)間測(cè)量誤差，就會(huì)導(dǎo)致定位誤差300米。目前衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的時(shí)間測(cè)量精度需要達(dá)到十億分之一秒（1納秒）量級(jí)。

對(duì)于航天科技，構(gòu)成測(cè)控網(wǎng)的測(cè)控中心、各測(cè)控站、測(cè)量船之間必須保持優(yōu)于微秒級(jí)的時(shí)間同步，深空測(cè)量等要求站間時(shí)間同步達(dá)到納秒級(jí)；一些前沿科學(xué)實(shí)驗(yàn)，如相對(duì)論驗(yàn)證、引力波探測(cè)、物理常數(shù)測(cè)量等，其精度都直接取決于時(shí)間頻率測(cè)量的最高精度。

對(duì)于金融經(jīng)濟(jì)，國(guó)際國(guó)內(nèi)銀行間的實(shí)時(shí)結(jié)算，證券期貨和股票市場(chǎng)的集合競(jìng)價(jià)、成交，互聯(lián)網(wǎng)金融、區(qū)塊鏈金融都需要嚴(yán)格的時(shí)間同步及可信時(shí)間認(rèn)證，電子商務(wù)對(duì)時(shí)間同步的要求優(yōu)于100毫秒。

在社會(huì)生活中，高精度時(shí)間頻率同步已成為“國(guó)家綜合立體交通網(wǎng)”建設(shè)中的關(guān)鍵技術(shù)之一；電力運(yùn)行調(diào)度系統(tǒng)要求全電網(wǎng)保持高精度時(shí)間同步，在同一個(gè)電廠或變電站內(nèi)，所有系統(tǒng)的時(shí)間同步要求是優(yōu)于1毫秒；第五代移動(dòng)通信（5G）網(wǎng)絡(luò)核心設(shè)備對(duì)時(shí)間同步精度要求優(yōu)于100納秒。（張首剛）

（作者為中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心主任，本報(bào)記者吳月輝采訪整理）

《人民日?qǐng)?bào)》（2025年01月04日 05版）