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【亞太日報訊】（記者楊春雪、喻菲）沒有鐘擺，也沒有秒針走路的滴答聲，一隻“長相”完全不符合人們對鐘的預期的黑色圓柱體15日搭乘“天宮二號”空間實驗室來到太空，成為人類歷史上第一台在軌進行科學試驗的空間冷原子鐘。
這只鐘對時間的測量基於原子物理，而又跟大部分的原子鐘不同，這只鐘應用的是更為先進的冷原子物理技術。
據上海光機所中科院量子光學重點實驗室主任劉亮介紹，如果說機械錶1天差不多有1秒誤差，石英錶10天大概有1秒誤差，氫原子鐘數百萬年有1秒誤差，那麼冷原子鐘則可以做到三千萬年到三億年誤差1秒。
這只鐘為什么走得那麼準？
一言以蔽之，秘訣在於“高、冷”二字：一方面得益於太空中“天宮二號”的“微重力”環境，另一方面則因為鐘自身的“冷”。
據介紹，在微重力環境下，原子團可以做超慢速勻速直線運動，基於對這種運動的精細測量可以獲得較地面上更加精密的原子譜線信息，從而可以獲得更高精度的原子鐘信號，實現在地面上無法實現的性能。
此外，利用激光冷卻技術，原子氣體被冷卻至極低的溫度，這極大地消除了原子熱運動對原子鐘性能的影響。
“就像你坐在房間裏，雖然看不見原子或分子，但裏面的原子或分子都在運動，運動就會產生熱，便是熱原子。冷原子技術則是用激光的方法將原子溫度從室溫降低到接近絕對零度。對這些幾乎不動的原子進行測量，結果會更加準確。”劉亮說。
這麼準的鐘為何一定要放到天上呢？
科學家解釋說，這是為了在太空中做一個高精度的時間基準。有了這個基準，就可以把天上的原子鐘都同步起來，讓它們變得更為精準。
由於空間軌道與地球表面之間存在大氣和電離層，地面高精度的時間基準信號與衛星或宇航器進行時間同步比對時會受大氣多變狀態的干擾，導致出現各種誤差和不穩定性。
空間冷原子鐘的在軌運行，則將在太空中建立超高精度的時間頻率基準，對其他衛星上的星載原子鐘進行無干擾的時間信號傳遞和校準，使得基於空間冷原子鐘同步的全球衛星導航系統具有更加精確和穩定的運行能力。
這只鐘可以用來做什么？
據科學家介紹，冷原子技術的發展使許多實驗的精度大幅度地提高，使原來不可能進行的實驗成為可能。例如，目前的衛星導航系統只能用於近地範圍，未來有沒有可能實現太陽系行星間的定位呢？若是能在空間合適的位置放置高精度原子鐘，就可以實現大尺度的高精度導航。
劉亮認為，最合適的位置是太陽系中的各個拉格朗日點，因為這裡不受引力的影響。若在這些點上各放置一台高精度原子鐘，則至少可以在太陽系較大範圍內實現準確定位。這一旦實現，就可以進行大尺度時空研究，例如可以驗證廣義相對論在大尺度情況下是否成立等。
劉亮介紹，利用空間冷原子鐘還可以測量引力紅移，探測引力波以及暗物質等。“實際上，很多研究都是基於我們對於時空的測量。只要能探測到時空的變化，我們就能測出目前的方法感覺不到的東西。”他說。
從自然鐘到光鐘－－人類對時間精度追求的歷程
科學家認為，整個人類社會的發展史也是人類對時間精度追求的歷史。
遠古時期，人們利用天體的週期性運動來記錄時間，日出而作，日落而息。這種通過觀察太陽和月亮相對自己的位置等自然現象來模糊地定義時間的方法，可以稱為自然鐘。
隨著古代文明的進步，人們逐漸發明瞭如日晷、水鐘、沙漏等計時裝置，能夠指示時間按等量間隔流逝，標誌著人造時鐘開始出現。
從20世紀30年代開始，隨著晶體振蕩器的發明，小型化、低能耗的石英晶體鐘錶代替了機械鐘，廣泛應用在電子計時器和其他各種計時領域，一直到現在都是人們日常生活中所使用的主要計時裝置。
從20世紀40年代開始，現代科學技術特別是原子物理學和射電微波技術蓬勃發展，科學家創造出比晶體鐘精度更高的原子鐘。
近30年間，隨著激光冷卻原子技術的發展，利用激光冷卻的原子而製造的冷原子鐘使時間測量的精度進一步提高。
“未來可能會出現更加精準的原子核鐘。”劉亮說，“我們的終極目標是製造出在整個宇宙的生命週期內永遠不會走偏的時鐘。”
