計(jì)量論壇

標(biāo)題: 和秒賽跑沒有終點(diǎn) [打印本頁]

作者: 上帝 時(shí)間: 2008-10-30 08:07
標(biāo)題: 和秒賽跑沒有終點(diǎn)

　　圖為中國計(jì)量院1980年研制成功的Cs-111銫原子束時(shí)間頻率基準(zhǔn)裝置，簡稱NIM3，其準(zhǔn)確度可達(dá)到400萬年不差一秒。圖片由中國計(jì)量院提供
　　這是一個(gè)令人難忘的時(shí)刻！
　　1970年12月15日，中國人民第一次通過無線電波，從收音機(jī)里聽到了一個(gè)特別的對(duì)時(shí)聲：“剛才最后一響，是北京時(shí)間X點(diǎn)整。”
　　人們在感到新奇的同時(shí)，卻很少有人知道，當(dāng)時(shí)的“北京時(shí)間”，實(shí)際上是以美國海軍發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間和頻率信號(hào)為依據(jù)的。
　　為什么“北京時(shí)間”要以美國的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間為依據(jù)呢？這是因?yàn)閺纳蟼€(gè)世紀(jì)中期開始，各國計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)開始了時(shí)間頻率計(jì)量基準(zhǔn)數(shù)據(jù)國際比對(duì)工作。哪個(gè)國家的時(shí)間計(jì)量更準(zhǔn)確，就以哪個(gè)國家的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間作為主要依據(jù)進(jìn)行國際間的傳遞。因?yàn)槊胧呛饬繒r(shí)間的基本單位，因此，時(shí)間頻率國際比對(duì)實(shí)際就是一場各國計(jì)量人和秒之間的賽跑。
　　中國計(jì)量人加入了這場特殊的競賽。他們暗暗發(fā)誓：一定要有真正的“北京時(shí)間”！
　　1978年，中國計(jì)量科學(xué)研究院研制成功第一臺(tái)3米長實(shí)驗(yàn)室型銫原子鐘，使我國時(shí)間頻率計(jì)量從天文時(shí)過渡到原子時(shí)。
　　當(dāng)時(shí)，通過國際比對(duì)，我國第一臺(tái)3米長實(shí)驗(yàn)室型銫原子鐘準(zhǔn)確度與當(dāng)時(shí)國際先進(jìn)水平相比還差兩個(gè)數(shù)量級(jí)。為了縮小這個(gè)差距，中國計(jì)量院又相繼研制成功了兩臺(tái)時(shí)間頻率基準(zhǔn)裝置銫原子鐘Cs-2和Cs-3，以及完整的守時(shí)系統(tǒng)。值得注意的是，當(dāng)時(shí)，原子鐘的國際比對(duì)實(shí)際上只是時(shí)間上的校準(zhǔn)。當(dāng)時(shí)我國用于比對(duì)的3臺(tái)商品小銫鐘都是從美國購買的。
　　1981年，經(jīng)過與法國巴黎天文臺(tái)比對(duì)，中國計(jì)量院這套時(shí)間基準(zhǔn)的準(zhǔn)確度精確到0.1微秒，達(dá)到當(dāng)時(shí)的世界先進(jìn)水平。這次比對(duì)還有一個(gè)小插曲———由于當(dāng)時(shí)科技水平有限，為了參加國際比對(duì)，中國計(jì)量院的技術(shù)人員，硬是把我們的原子鐘從中國運(yùn)到了巴黎。
　　然而，這來之不易的“達(dá)到國際先進(jìn)水平”沒有維持多久，稍后出現(xiàn)的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS），又一次向中國計(jì)量發(fā)出了新挑戰(zhàn)。GPS的定位精度可達(dá)15米，更關(guān)鍵的是，其時(shí)間體系是以美國標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)院的銫原子噴泉基準(zhǔn)鐘為溯源，這必然將制約今后我國軍事、經(jīng)濟(jì)等各領(lǐng)域的發(fā)展。
　　別無選擇！為了保護(hù)國家利益，我國必須建立獨(dú)立的時(shí)間頻率。從1997年到2003年，中國計(jì)量院又開始了更高一級(jí)的激光冷卻-銫原子噴泉時(shí)間頻率基準(zhǔn)裝置（以下簡稱冷銫原子鐘）的研制。
　　心血和汗水，終于換來了成功。2003年底，11名專家評(píng)審一致認(rèn)為，這個(gè)冷銫原子鐘，集中了當(dāng)代原子物理、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)和計(jì)量學(xué)等一系列前沿的科學(xué)成果和工藝技術(shù)，代表了我國乃至世界時(shí)間頻率計(jì)量科學(xué)的最高水平。冷銫原子鐘參加國際比對(duì)的各項(xiàng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)再一次證明了它的精準(zhǔn)性能：600萬年誤差不超過一秒。至此，我國在與秒的賽跑中正式進(jìn)入了國際“第一梯隊(duì)”。
　　2004年，冷銫原子鐘正式取代了它的“大哥哥”Cs-3，成為我國的時(shí)間頻率基準(zhǔn)裝置。更重要的是，一旦在非常時(shí)期其他國家關(guān)閉了GPS，中國的冷銫原子鐘組也能夠保證我國時(shí)間頻率體系的獨(dú)立完整運(yùn)行，滿足國家對(duì)時(shí)間頻率計(jì)量的需要。2007年，冷銫原子鐘榮獲國家科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。
　　在完成了建立中國獨(dú)立的時(shí)間頻率這一使命之后，從2004年開始，中國計(jì)量院的科學(xué)家們又開始著手研制800萬年不差一秒的時(shí)間頻率基準(zhǔn)，也就是光鐘。
　　盡管和秒的賽跑是一場沒有終點(diǎn)的接力賽，但可以肯定的是，從聽到發(fā)令槍的那一刻起，中國計(jì)量人的步伐從來不曾停歇。
　　相關(guān)鏈接
　　計(jì)量國際比對(duì)是指在規(guī)定條件下，各國對(duì)相同準(zhǔn)確度等級(jí)或者規(guī)定不確定度范圍內(nèi)的同種計(jì)量基準(zhǔn)、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)之間所復(fù)現(xiàn)的量值進(jìn)行傳遞、比較、分析的過程。
　　1977年5月，我國正式加入國際米制公約組織，正式拉開了計(jì)量基準(zhǔn)的國際比對(duì)工作。
　　1985年，《中華人民共和國計(jì)量法》頒布實(shí)施，促進(jìn)了國際比對(duì)工作的發(fā)展。
　　1997年2月，國際計(jì)量委員會(huì)和國際計(jì)量局召開各國國家計(jì)量院院長會(huì)議，簽署世界各國計(jì)量基準(zhǔn)等效協(xié)議，技術(shù)基礎(chǔ)是約80個(gè)關(guān)鍵量的國際比對(duì)。
　　1999年10月14日，中國計(jì)量院簽署了《各國計(jì)量基標(biāo)準(zhǔn)互認(rèn)和各國計(jì)量院簽發(fā)的校準(zhǔn)與測量證書互認(rèn)協(xié)議》，我國可提供的校準(zhǔn)、測試服務(wù)能力也發(fā)布在國際計(jì)量局的網(wǎng)站上。
　　1998年到2000年，中國有30%以上計(jì)量基準(zhǔn)主要指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平，完成了近50個(gè)關(guān)鍵量的國際比對(duì)。
　　2000年至2005年“十五”期間，我國積極參與國際計(jì)量組織的標(biāo)準(zhǔn)和指南的制定，加大了計(jì)量能力建設(shè)投入，組織開展了幾十個(gè)關(guān)鍵量的國際比對(duì)。
　　2006至2010年“十一五”時(shí)期，我國計(jì)劃完成計(jì)量基標(biāo)準(zhǔn)關(guān)鍵量的國際比對(duì)近百個(gè)。
　　到2008年，我國共完成關(guān)鍵量國際比對(duì)200多個(gè)。
　　消失的名詞
　　平太陽秒、歷書秒
　　平太陽秒、歷書秒是依據(jù)地球自傳或太陽公轉(zhuǎn)周期而導(dǎo)出的秒的定義。和其他國家一樣，中國在時(shí)間基本單位上的應(yīng)用經(jīng)歷了平太陽秒—?dú)v書秒—原子秒的歷史變遷，沿用至今的原子秒是利用量子理論來對(duì)秒進(jìn)行定義。由此可見，平太陽秒、歷書秒的消失都是基于科學(xué)家們找到了更穩(wěn)定的周期性運(yùn)動(dòng)，從而對(duì)秒有了更精準(zhǔn)的定義。

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