時(shí)間基準(zhǔn)

    所謂時(shí)間基準(zhǔn)，就是在當(dāng)代被人們確認(rèn)為是最精確的時(shí)間尺度，長(zhǎng)期以來(lái)，人們一直在尋求著這樣的時(shí)間尺度。
   在遠(yuǎn)古時(shí)期，人類以太陽(yáng)的東升西落作為時(shí)間尺度；公元前二世紀(jì)，人們發(fā)明了地平日晷，一天差15分鐘；一千多年前的希臘和我國(guó)的北宋時(shí)期，能工巧匠們?cè)O(shè)計(jì)出水鐘，精確到每日10分鐘誤差；六百多年前，機(jī)械鐘問(wèn)世，并將晝夜分為24小時(shí)；到了十七世紀(jì)，單擺用于機(jī)械鐘，使計(jì)時(shí)精度提高近一百倍；到了20世紀(jì)的30年代，石英晶體震蕩器出現(xiàn)，對(duì)于精密的石英鐘，三百年只差一秒…。
    自十七世紀(jì)以來(lái)，天文學(xué)家們以地球自轉(zhuǎn)和世界時(shí)作為時(shí)間尺度：當(dāng)?shù)厍蚶@軸自轉(zhuǎn)一周，地球上任何地點(diǎn)的人連續(xù)兩次看見太陽(yáng)在天空中同一位置的時(shí)間間隔為一個(gè)平太陽(yáng)日。1820年法國(guó)科學(xué)院正式提出：一個(gè)平太陽(yáng)日的1/86400為一個(gè)平太陽(yáng)秒，稱為世界時(shí)秒長(zhǎng)。
   由于地球自轉(zhuǎn)季節(jié)性變化、不規(guī)則變化和長(zhǎng)期減慢，所以世界時(shí)每天可精確到1×10-9。但是社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)（特別是航天、空間物理、軍事等）的飛速發(fā)展，使人們對(duì)時(shí)間尺度的精度需求越來(lái)越高。
  1953年是時(shí)頻科學(xué)的一個(gè)新的里程碑。世界上第一臺(tái)原子鐘在美國(guó)哥倫比亞大學(xué)由三位科學(xué)家研制成功，其中有一位科學(xué)家是我們中國(guó)人，叫王天眷（后來(lái)回國(guó)，多年從事祖國(guó)的頻標(biāo)事業(yè)）。原子鐘的出現(xiàn)標(biāo)志著一門嶄新的學(xué)科：量子電子學(xué)誕生。1967年13屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)決定：銫原子Cs133基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)間躍遷輻射震蕩9192631770周所持續(xù)的時(shí)間為1秒。此定義一直延用至今。所以，從1967年后，時(shí)間基準(zhǔn)的名稱應(yīng)該由PRIMARY CLOCK來(lái)代替，它指的是實(shí)驗(yàn)室型大銫鐘。就已發(fā)表的資料來(lái)看，德聯(lián)邦的“聯(lián)邦技術(shù)物理研究院”的PTB-CsI、美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局的NBS-6及加拿大國(guó)家研究院的NRC-CsV的準(zhǔn)確度均已達(dá)到10-14量級(jí)。我國(guó)計(jì)量院的CsII、CsIII也達(dá)到10-13量級(jí)。由此可見PRIMARY CLOCK的準(zhǔn)確度至少要比商品型小銫鐘高出一個(gè)數(shù)量級(jí)。
  對(duì)于大銫鐘這樣的一級(jí)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，世界上只有少數(shù)幾個(gè)國(guó)家的時(shí)頻實(shí)驗(yàn)室擁有，而且，有的還不能長(zhǎng)期可靠地工作。但是，對(duì)于世界上大多數(shù)沒(méi)有大銫鐘的實(shí)驗(yàn)室也可以有自己的時(shí)間尺度。其方法是：用多臺(tái)商品型銫鐘（目前5071A型小銫鐘的準(zhǔn)確度為1×10-12）構(gòu)成平均時(shí)間尺度。你的實(shí)驗(yàn)室的小銫鐘越多，你的時(shí)間尺度的穩(wěn)定性就越好。有了這樣高穩(wěn)定度的時(shí)間尺度，也可以滿足國(guó)防、科研、航天等方面的急需。例如：我們國(guó)家授時(shí)中心有六臺(tái)小銫鐘，組成我們的地方原子時(shí)尺度，其穩(wěn)定度為10-14量級(jí)。國(guó)外有的實(shí)驗(yàn)室有幾十、乃至幾百臺(tái)小銫鐘，那麼，穩(wěn)定度就更高了。

國(guó)家授時(shí)中心5071銫鐘組

    社會(huì)在進(jìn)步，科技在發(fā)展，人類對(duì)新的時(shí)間基準(zhǔn)的研究仍在繼續(xù)，大銫鐘作為PRIMARY CLOCK的地位受到嚴(yán)重沖擊。例如：原子噴泉、光頻標(biāo)就是它的強(qiáng)力對(duì)手。噴泉鐘的準(zhǔn)確度進(jìn)入10-15, 最好的達(dá)到1×10-15（美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院）。光抽運(yùn)銫束基準(zhǔn)頻標(biāo)的準(zhǔn)確度也進(jìn)入10-15（法國(guó)巴黎時(shí)間頻率實(shí)驗(yàn)室）。
    因此，不久的將來(lái)，噴泉鐘或光頻標(biāo)完全有可能取代目前的微波頻標(biāo)，成為新一代的時(shí)間頻率基準(zhǔn)。