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中国这块表上天了: 3000万年误差小于1秒

时间:2018-07-30 12:47:44        来源:

 

瑞士制表以工艺精悍,质量上乘著称,可即使是天文台认证级别的瑞士手表,每天也都会存在五到六秒的误差,而对于普通手表,二十四小时内误差小于三十秒就算合格了,作为一种计量时间的尺度工具,这点误差对于日常生活而言并无影响。但在条件要求严苛的科研生产当中,是绝对无法满足的,所以人类发明了一种被称之为原子钟的神奇玩意,还记得二零一六年在酒泉卫星发射中心升空的天宫二号空间实验室吗?它的上面就搭载了一台冷原子钟 。

根据最近媒体公开报道,两年过去了,“这块表”在太空之中的表现可谓相当出色,达到了天稳定度七点二乘以十的负十六次方的超高精度,将人类在太空的时间计量精度直接提高了一到两个量级,每三千万年误差不到一秒。对于全人类而言,这绝对是是基于冷原子空间量子传感器领域发展的一个重要里程碑,因为虽然它的精度并不是全世界最高,却是人类第一块发射到太空的冷原子钟,将在天宫二号上面助力十四项国际科学前沿以及高技术发展方向空间科学与应用任务的完成。

说了半天,可能许多观众还不清楚这个所谓“原子钟”到底是个什么玩意?我们知道,普通机械钟表在受到地球自转,重力磁场,温湿度,以及器件磨损等情况后难免会产生误差,而即使是用有规则谐振的石英晶体制造的表同样也不能避免可见误差。天宫二号此次搭载的冷原子钟作为原子钟当中的最新产品,是激光冷却原子技术与空间微重力环境相结合的产物,而采用激光冷却技术的冷原子钟则可以利用激光束把原子团温度冷却到绝对零度附近,让原子达到几乎一动不动的状态,从而获得皮秒量级的精度。

 

那么问题又来了,把精度做这么高有什么实际作用呢?除了为基本物理原理实验提供精确时间支持以外,它还可以发展成更高精度的导航定位系统,通俗来讲,卫星导航的基本原理就是测量得出在同一时刻目标和两颗卫星的距离差值。定位到一个双曲面,再串联其它两颗乃至四颗卫星,三个曲面相交继而得到目标的位置坐标,而这整个过程,都必须保证多颗卫星的时刻一定得保持同步,过去GPS精度之所以比较差,误差达到十多米,就是因为卫星上面的表不够准。

而如果在卫星上面采用误差极小的原子钟,就将大大提高导航卫星所能提供的定位精准度,事实上,目前大多数导航卫星,不论是北斗还是GPS,都已经配备了普通原子钟,但由于源自热运动的缘故,使得精度充其量达到纳秒量级。所以我们才需要具有皮秒量级精度的冷原子钟,目前我国已经率先在天空发射了首台冷原子钟,这标志着北斗有机会在精准度方面赶超GPS。

有人说过,基础科学才是最伟大的科学,任何技术革命都离不开基础科学,再先进的武器装备也是一分一毫设计以及制造出来的,理念是引领时代进步的旗帜,但其驱动力却需要基础科学去支撑,工业化的本质就是机器造机器。人类几乎每经历一次工业革命,对于制造工艺都会上一个台阶,而工艺的保证,关键就在于对精度的控制,而精度则取决于对计量单位的把控,无论冷原子钟计量的时间,还是机床加工所用到的长宽高,都需要尽最大努力去争取到最精准的水平。

现代科技的至高产物,比如五代战机,成千上万个零部件,不仅每个零部件都需要满足加工精度,还需要保证那海量的零部件能够完全通用互换,否则造出来的每架战机都不一样还了得?高精度,高通用就是现代科技的必须前提,把这块把握住,才是引领科技革命的前提。