中国光钟技术突破!精度达10⁻¹⁹量级 可CT扫描地球



(北京17日讯)中国在光钟研制领域取得里程碑进展,新一代光钟的精度比微波原子钟高上万倍,使其功能远远超越精确地计时和距离定位,甚至能为地球做电脑断层(CT)扫描,将科技延伸至探测看不见的地下世界!
《央视网》报道,近日,中国科学技术大学科研团队成功将锶原子光晶格钟的稳定度与不确定度,同时提升至10的负19次方量级,这意味着这台“超级钟表”即使连续运转300亿年,误差也不会超过1秒。
ADVERTISEMENT
目前,全球科研力量正积极推进更加稳定且精确的原子光钟技术。锶原子光晶格钟取得关键进展,意味着中国在全球时间基准体系中的话语权进一步增强,并有望为世界时间标准增添“中国精度”。
从依靠日升日落判断时间,到利用单摆摆动计时,再到机械钟与石英钟的出现,人类数千年来始终在探索一种“绝对精准”、永不走偏的时钟。直到发现了原子——这台真正意义上的宇宙终极时钟。科学家研究发现,当原子被能量激发时,会释放出频率稳定的电磁波。
你可以将原子想象成一根琴弦——当我们“拨动”它,它能发出一个标准的“音高”,而且这个“音高”几乎永恒不变,这也意味着以原子作为时钟,千百万年甚至上亿年都不会有误差。
最初,科学家选择铯原子作为“琴弦”,并测得它在1秒内约振动91亿次。依据这一稳定振动频率,科研人员成功研制出微波原子钟。如今,全球统一时间由世界各地80个实验室、约450台原子钟共同参与校准与授时。中国陕西的国家授时中心以及北京的中国计量科学研究院所拥有的高精度原子钟系统,也成为全球时间基准体系中不可或缺的重要力量。
微波原子钟的精度,让人类第一次能够“以光为尺”,丈量世界。北斗三号卫星上,就搭载了中国国产铷原子钟,通过测量光的传播时间,推算距离。百万分之一秒的偏差下,距离误差会达到300公尺左右。人们每天依赖的导航能精确地定位目的地,靠的就是它对时间极致到苛刻的掌控。
而新一代光钟的精度是微波原子钟的上万倍,这样的精度,它能做的事情就远远不止计时和定位了。比如给地球做CT扫描:引力越强的地方,时间过得越慢。在距离地球表面的不同高度,其实时间流速也不相同。比如住在30楼的时间,会比住在3楼稍微快一点点,只是普通时钟精度不够,根本察觉不到。而精度达到极致的光钟,甚至能捕捉到仅仅几公分高度差带来的时间变化。更科幻的是,这种技术可以用来给地球做CT扫描,看不见的地下世界,可以被光钟——这根时间探针探测扫描。
尽管目前光钟的体积仍然较为庞大,对运行环境要求也十分严格,暂时还无法直接进入太空,但中国科学家正努力推动其向小型化、更稳定以及可移动方向发展。未来,这项技术有望从地面实验室进入导航卫星平台,为下一代全球导航系统提供支撑,使定位精度从公尺级提升到公分级,甚至更高。同时,光钟还有望成为构建全球统一超高精度时间基准的重要基础。到那一天,世界丈量时间的标尺上,将刻下中国的刻度。
ADVERTISEMENT
热门新闻
百格视频
ADVERTISEMENT


正在进行中