原子钟到底是什么玩意儿？

北斗卫星顺利升空，昭示着中国科研实力的进步，也让“铷原子钟”这个名词进入大众视野。铷原子钟是卫星导航定位系统的“心脏”，为卫星系统提供高稳定的时间频率信号，其性能指标是决定定位系统性能的主要因素之一，其频率稳定度是影响系统定位、测试精度的主要因素。

1964年，国外报导研制成功了性能优异的铷原子钟。但是，这种先进的高科技产品对中国禁运，时至今日仍然对中国禁运。1969年9月30日，周恩来总理提出丢掉“洋拐棍”，建立中国“原子时”的决策，并提出“中国发布的标准时间信号要建立在中国研制的原子钟基础上。”

原子钟是什么？它有多少种类？原子钟是如此重要，小编今天就和大家说说吧。

原子钟是目前世界上最准确的计时工具，精度可以达到每100万年才误差1秒。之所以原子钟计时能够如此精确，最重要的原因是原子钟是利用原子吸收或释放能量时发出的电磁波来计时的，这种电磁波非常稳定，再来，可以利用一系列精密的仪器进行控制。

直到上世纪20年代，最精确的时钟还是依赖于钟摆的有规则摆动。取代它们的更为精确的时钟是基于石英晶体有规则振动而制造的，这种时钟的误差每天不大于千分之一秒。即使如此精确，但它仍不能满足科学家们研究爱因斯坦引力论的需要。根据爱因斯坦的理论，在引力场内，空间和时间都会弯曲。因此，在珠穆朗玛峰顶部的一个时钟，比海平面处完全相同的一个时钟平均每天快三千万分之一秒。所以精确测定时间的唯一办法只能是通过原子本身的微小振动来控制计时钟。

    NIST F-1原子钟，它由170个元器件组成，其中包括透镜，反射镜和激光器。位于中部的管子高1.70米，铯原子在其中上下移动，发出极为规则的“信号”。

那现在我们先来了解下最早发现原子钟的人。

时间：20世纪30年代  地点：哥伦比亚大学实验室  人物：拉比（Rabi）

根据原子物理学的基本原理，原子是按照不同电子排列顺序的能量差，也就是围绕在原子核周围不同电子层的能量差，来吸收或释放电磁能量的。这里电磁能量是不连续的。当原子从一个“能量态”跃迁至低的“能量态”时，它便会释放电磁波。这种电磁波特征频率是不连续的，这也就是人们所说的共振频率。同一种原子的共振频率是一定的—例如铯133的共振频率为每秒9 192 631 770周。因此铯原子便用作一种节拍器来保持高度精确的时间。

于是，重要的人----拉比，和他的学生们在依靠这种原子计时器来制造时钟方面迈出了有价值的第一步。在其研究过程中，拉比发明了一种被称为磁共振的技术，依靠这项技术，他便能够测量出原子的自然共振频率。为此他还获得了1944年诺贝尔奖。

同年，他还首先提出一个想法：这些共振频率的准确性如此之高，完全可以用来制作高精度的时钟。他还特别提出要利用所谓原子的“超精细跃迁”的频率。这种超精细跃迁指的是随原子核和电子之间不同的磁作用变化而引起的两种具有细微能量差别的状态之间的跃迁。

在这种时钟里，一束处于某一特定“超精细状态”的原子束穿过一个振荡电磁场。当原子的超精细跃迁频率越接近磁场的振荡频率，原子从磁场中吸收的能量就越多，从而产生从原始超精细状态到另一状态的跃迁。通过一个反馈回路，人们能够调整振荡场的频率直到所有的原子完成了跃迁。原子钟就是利用振荡场的频率即保持与原子的共振频率完全相同的频率作为产生时间脉冲的节拍器。

原子钟出现于20世纪50年代。第一个原子钟需要一个房间的设备，实用性不强。一个名叫扎卡来亚斯的科学家改造后，原子钟才成为一个较为实用的仪器。研制过程中，扎卡来亚斯推出了一种小型的原子钟，可以从一个实验室方便地转移到另一个实验室。1954年，他与麻省的摩尔登公司一起建造了以他的便携式仪器为基础的商用原子钟。两年后该公司生产出了第一个原子钟，并在四年内售出50个，如今用于GPS的铯原子钟都是这种原子钟的后代。

到了1967年，关于原子钟的研究如此富有成效，以至于人们依据铯原子的振动而对秒做出了重新定义。如今的原子钟极其精确，其误差为10万年内不大于1秒。历经数年的努力，三种原子钟――铯原子钟、氢微波激射器和铷原子钟（它们的基本原理相同，区别在于元素的使用及能量变化的观测手段），都已成功的应用于太空、卫星以及地面控制。现今为止，在这三类中最精确的原子钟是铯原子钟，GPS卫星系统最终采用的就是铯原子钟。

2010年2月，由美国国家标准局研制的铝离子光钟已达到37亿年误差不超过1秒的惊人水平，成为世界上最准的原子钟。

现在用在原子钟里的元素有氢(Hydrogen)、铯(Cesium)、铷(Russium)等。