超厲害的“冷原子鐘”

□李林明

過去人們怎樣報時？說來極為有趣。由于古時鐘表還未普及，聰明的古人便想到了借助鐘鼓來報時。他們在繁華的都市中修建了鐘鼓樓（如圖1），樓內(nèi)設(shè)置負(fù)責(zé)計時的銅刻漏（如圖2）和負(fù)責(zé)報時的更鼓與銅鐘。

圖1

圖2

銅刻漏仿制天池、平水、萬分設(shè)置成三級，均為方斗形。各漏壺下端中心處設(shè)有龍嘴，將上一級漏壺之水向下一級漏壺流送。收水壺為圓柱形，壺頂設(shè)雙龍抱扶箭尺，可隨壺的水位緩緩升起，每14分24秒即古時一刻時間上升一個刻度。每逢這時，司時人員就會根據(jù)白天與黑夜選擇擊鼓（如圖3）或撞鐘（如圖4）的方式向人們報時。就這樣，悠遠(yuǎn)的鐘鼓聲掌控著人們的起居，形成了古代都市特有的蒼遠(yuǎn)與厚重。

圖3

圖4

1924年以后，北京的鐘鼓報時聲不再響了，取而代之的報時方式是午時鳴炮（如圖5）。鳴炮地點是在宣武門城樓上，使用的是兩尊退役的德國克虜伯野炮。有意思的是，第一次響炮就震塌了附近的兩間民房，于是只好把這兩尊野炮分開鳴放，其中一門被安置到北城安定門城墻上。

圖5

在炮臺西北側(cè)有兩間小房作值班室，里邊有電話與北京觀象臺連通。每當(dāng)快到中午時，兩個值班人分工合作，一人守在電話旁，聽電話里傳來的指令；另一人揭開炮衣，裝好炮藥、手持點燃的長香，站在炮位上靜候指令下達(dá)。只要聽值班室傳來“準(zhǔn)備”的口令，炮臺上的人馬上就把長香放在藥引前，很快屋里又傳來“放！”的口令，炮藥點燃，午炮發(fā)出轟鳴，這聲音響徹大街小巷，人們就知道：現(xiàn)在是中午12時，有表的趕快對表。當(dāng)時人們帶手表的很少，大部分人都是依靠“午炮報時”來安排自己的生活。

午時鳴炮的制度一直延續(xù)到二十世紀(jì)三十年代，由于鳴炮的費用太大，最后停止了這項報時活動。后來這種報時方式很快被鐘表、電臺報時所代替。

而今，隨著我國“天宮二號”（如圖6）的發(fā)射升空，中國已經(jīng)擁有了屬于自己的冷原子鐘（如圖7）。

圖6

圖7

機械表（如圖8）1天差不多有1秒的誤差，石英表（如圖9）10天大概有1秒的誤差，而這臺冷原子鐘則可以達(dá)到每3000萬年才誤差1秒的精度！

圖8

圖9

空間冷原子鐘的精度秘訣主要在于“高、冷”：一方面得益于太空中“天宮二號”的“微重力環(huán)境”；另一方面則因為其自身的“冷”。

在微重力環(huán)境下，原子團可以做超慢速勻速直線運動，基于對這種運動的精細(xì)測量可以獲得地面上更加精密的原子譜線信息，從而可獲得更高精度的原子鐘信號。

此外，利用激光冷卻技術(shù)，將原子溫度從室溫降低到接近絕對零度，再對這些幾乎不運動的原子進行測量，結(jié)果會更加準(zhǔn)確。

冷原子鐘的超強精度對空間其他衛(wèi)星原子鐘的校準(zhǔn)、深空導(dǎo)航定位等均可以提供強有力的支撐，讓祖國科技的前進步伐越來越快。