新技术利用原子核振动计时，精度远超原子钟

通过测量微观世界中的原子或原子核所制造的时钟艺术假想图。（Shutterstock）

在数位世界中，几乎所有事物都依赖于在幕后运行的超精确时钟。科学研究现在为这些时钟的“滴答”方式带来了新的改进，这将增强导航设备的精度，并改善许多商业的运作方式。

虽然你可能从未见过，但准确的原子时钟在关键数位技术的核心已经运行了几十年，例如生活中离不开的全球定位系统（GPS）。来自国家标准与技术研究所（NIST）和科罗拉多大学博尔德分校的突破，为一种新的、令人惊讶的准确核子时钟（nuclear clock）奠定了基础。

在当今世界中，几乎每个家庭和办公室中的新设备都是通过互联网彼此连接的。因此，基于这一突破的新标准时间测量，实际上可能令社会的方方面面都发生改变。

来自微观世界的滴答声

其实，要理解这一尖端科技突破并不需要任何复杂的数学。你只需回想一些高中课程，这些课程显示你周围的一切都是由不同类型的原子组成的，而每个原子都是由一堆电子围绕着几乎无限小的原子核运行的。

原子在微小的尺度上“振动”得非常可靠和精确，因此能够准确计算铯或铷等原子振动的设备，让科学家能够建造出在数百万年间误差不到一秒的原子时钟（atomic clock）。而于9月4日发表在《自然》（Nature）期刊的这项新突破，则远远地超出了原子振动的精准度。

该团队使用特殊的紫外激光穿透原子外层的电子云，观察某些放射性元素铀的原子核是如何振动的。原子核的振动速度远快于整个原子，因此通过准确计算其振动，就可以建造出更准确的时钟。基于这项技术制造的时钟，甚至可以在数十亿年内误差不到一秒。

精准时钟如何改变你的生活

以上就是核子时钟的简单原理。但你为什么要关心这些呢?因为超准确的时间计量对于确保所有连接在互联网上的计算机能够快速且可靠地互相通信至关重要。

这意味着每部智能手机、智能家居设备、个人电脑、平板电脑或在家中及办公室使用的可穿戴技术，在某种程度上都依赖于原子时钟。在某些行业中，准确的计时更为关键，例如卫星通信和股票交易业务，在这些行业中，数位交易完成时间点存在几微秒的差异可能会使利润变化数百万美元。

原子时钟的准确性对于导航也至关重要：超精确的计时是整个GPS系统能够向你的iPhone发送信号的基础，让你知道自己在几码之内的位置。

因此，提高驱动这项技术的时钟准确性，可能会加速互联网速度、增强网络可靠性、改善数位安全的数学基础，并帮助更精确地计算你在地球上的位置。

核子时钟的突破在未来几年内不会立即显现其影响力，但这对数位设备的未来来说是一个重要的进展。这项创新正值准确计时的问题被讨论：月球上的时间是什么?这听起来或许有些荒谬，但我们早已在地球上建立了所谓的“标准”时间，即格林威治标准时间。

但是，月球上尚没有这样的标准。当需要协调不同国家和私营公司发送到月球的卫星和着陆器时，这个问题变得尤为重要。尤其是像阿尔忒弥斯登月计划这样，要在月球表面建立一个永久人类基地，这将变得更加关键。NIST也刚刚发布了月球时间的标准，未来的宇航员将能够使用月球定位系统来确定他们的位置。