時間基準(zhǔn)

    所謂時間基準(zhǔn)，就是在當(dāng)代被人們確認(rèn)為是最精確的時間尺度，長期以來，人們一直在尋求著這樣的時間尺度。
   在遠古時期，人類以太陽的東升西落作為時間尺度；公元前二世紀(jì)，人們發(fā)明了地平日晷，一天差15分鐘；一千多年前的希臘和我國的北宋時期，能工巧匠們曾設(shè)計出水鐘，精確到每日10分鐘誤差；六百多年前，機械鐘問世，并將晝夜分為24小時；到了十七世紀(jì)，單擺用于機械鐘，使計時精度提高近一百倍；到了20世紀(jì)的30年代，石英晶體震蕩器出現(xiàn)，對于精密的石英鐘，三百年只差一秒…。
    自十七世紀(jì)以來，天文學(xué)家們以地球自轉(zhuǎn)和世界時作為時間尺度：當(dāng)?shù)厍蚶@軸自轉(zhuǎn)一周，地球上任何地點的人連續(xù)兩次看見太陽在天空中同一位置的時間間隔為一個平太陽日。1820年法國科學(xué)院正式提出：一個平太陽日的1/86400為一個平太陽秒，稱為世界時秒長。
   由于地球自轉(zhuǎn)季節(jié)性變化、不規(guī)則變化和長期減慢，所以世界時每天可精確到1×10-9。但是社會的進步和科學(xué)技術(shù)（特別是航天、空間物理、軍事等）的飛速發(fā)展，使人們對時間尺度的精度需求越來越高。
  1953年是時頻科學(xué)的一個新的里程碑。世界上第一臺原子鐘在美國哥倫比亞大學(xué)由三位科學(xué)家研制成功，其中有一位科學(xué)家是我們中國人，叫王天眷（后來回國，多年從事祖國的頻標(biāo)事業(yè)）。原子鐘的出現(xiàn)標(biāo)志著一門嶄新的學(xué)科：量子電子學(xué)誕生。1967年13屆國際計量大會決定：銫原子Cs133基態(tài)的兩個超精細(xì)能級間躍遷輻射震蕩9192631770周所持續(xù)的時間為1秒。此定義一直延用至今。所以，從1967年后，時間基準(zhǔn)的名稱應(yīng)該由PRIMARY CLOCK來代替，它指的是實驗室型大銫鐘。就已發(fā)表的資料來看，德聯(lián)邦的“聯(lián)邦技術(shù)物理研究院”的PTB-CsI、美國國家標(biāo)準(zhǔn)局的NBS-6及加拿大國家研究院的NRC-CsV的準(zhǔn)確度均已達到10-14量級。我國計量院的CsII、CsIII也達到10-13量級。由此可見PRIMARY CLOCK的準(zhǔn)確度至少要比商品型小銫鐘高出一個數(shù)量級。
  對于大銫鐘這樣的一級時間標(biāo)準(zhǔn)，世界上只有少數(shù)幾個國家的時頻實驗室擁有，而且，有的還不能長期可靠地工作。但是，對于世界上大多數(shù)沒有大銫鐘的實驗室也可以有自己的時間尺度。其方法是：用多臺商品型銫鐘（目前5071A型小銫鐘的準(zhǔn)確度為1×10-12）構(gòu)成平均時間尺度。你的實驗室的小銫鐘越多，你的時間尺度的穩(wěn)定性就越好。有了這樣高穩(wěn)定度的時間尺度，也可以滿足國防、科研、航天等方面的急需。例如：我們國家授時中心有六臺小銫鐘，組成我們的地方原子時尺度，其穩(wěn)定度為10-14量級。國外有的實驗室有幾十、乃至幾百臺小銫鐘，那麼，穩(wěn)定度就更高了。

國家授時中心5071銫鐘組

    社會在進步，科技在發(fā)展，人類對新的時間基準(zhǔn)的研究仍在繼續(xù)，大銫鐘作為PRIMARY CLOCK的地位受到嚴(yán)重沖擊。例如：原子噴泉、光頻標(biāo)就是它的強力對手。噴泉鐘的準(zhǔn)確度進入10-15, 最好的達到1×10-15（美國標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院）。光抽運銫束基準(zhǔn)頻標(biāo)的準(zhǔn)確度也進入10-15（法國巴黎時間頻率實驗室）。
    因此，不久的將來，噴泉鐘或光頻標(biāo)完全有可能取代目前的微波頻標(biāo)，成為新一代的時間頻率基準(zhǔn)。