探索宇宙奧秘 · 理性思考

你手機(jī)上的時(shí)間為何能精確到毫秒？這背后依賴一套名為國際原子時(shí)的精密體系。2月11日，國際權(quán)度局發(fā)布最新公報(bào)，中國科學(xué)院國家授時(shí)中心研制的鍶光鐘NTSC-Sr2正式介入這一體系。這是中國光鐘首次作為次級(jí)基準(zhǔn)駕馭國際原子時(shí)，標(biāo)志著我們?cè)谌驎r(shí)間定義權(quán)的爭(zhēng)奪中拿到了關(guān)鍵席位。

國際原子時(shí)是全世界時(shí)間的"母鐘"。國際權(quán)度局每天比對(duì)全球400余臺(tái)連續(xù)運(yùn)行的守時(shí)鐘，加權(quán)計(jì)算出一個(gè)自由原子時(shí)。但這個(gè)自由原子時(shí)存在漂移，需要利用高性能原子鐘進(jìn)行秒長(zhǎng)校準(zhǔn)，這個(gè)過程就叫"駕馭"。

此前能參與駕馭的僅限于美國、英國、法國和日本的光鐘。中國鍶光鐘此次不僅貢獻(xiàn)了數(shù)據(jù)，更獲得了校準(zhǔn)權(quán)。這意味著當(dāng)國際原子時(shí)出現(xiàn)偏差時(shí)，我們的光鐘數(shù)據(jù)將直接參與修正決策。從單純"報(bào)送時(shí)間"到有權(quán)"批改作業(yè)"，這是話語質(zhì)的躍升。

現(xiàn)行"秒"的定義基于銫-133原子躍遷，由銫噴泉鐘實(shí)現(xiàn)。但銫鐘的精度已逼近極限，其不確定度停留在10^-15量級(jí)。光鐘利用光學(xué)頻率躍遷，頻率比微波波段高四個(gè)數(shù)量級(jí)，精度直接提升兩個(gè)量級(jí)以上。

NTSC-Sr2的頻率穩(wěn)定度與不確定度均優(yōu)于2×10^-18。這個(gè)數(shù)字意味著：如果這臺(tái)鐘從宇宙大爆炸之初開始運(yùn)行，至今誤差不會(huì)超過1秒。國際權(quán)度局已制定路線圖，計(jì)劃2030年后用光鐘重新定義"秒"。誰能在此刻參與駕馭，誰就能在未來標(biāo)準(zhǔn)制定中占據(jù)先機(jī)。

光鐘被譽(yù)為精密測(cè)量的"皇冠"，涉及激光冷卻、超穩(wěn)光學(xué)腔、飛秒光梳等尖端技術(shù)。國家授時(shí)中心團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)十余年攻關(guān)，解決了鍶原子精細(xì)能級(jí)操控、超低噪聲光電探測(cè)等難題。NTSC-Sr2通過國際同行評(píng)審，性能被認(rèn)定滿足秒定義變更的嚴(yán)苛要求。

回顧時(shí)間頻率領(lǐng)域的歷史，中國長(zhǎng)期處于跟蹤階段。上世紀(jì)我們依賴GPS授時(shí)，本世紀(jì)初建成北斗系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自主守時(shí)，如今光鐘參與國際標(biāo)準(zhǔn)駕馭，完成了從"跟跑"到"并跑"的跨越。目前全球僅有五個(gè)國家具備此能力，中國位列其中。

國際計(jì)量體系正經(jīng)歷百年未有之變局。2030年后，"秒"的定義將從微波時(shí)代邁入光學(xué)時(shí)代。這不僅是技術(shù)迭代，更是國際話語權(quán)的重新分配。誰掌握更精準(zhǔn)的光鐘，誰就能在衛(wèi)星導(dǎo)航、金融交易、電力同步等關(guān)鍵領(lǐng)域制定規(guī)則。

中國已構(gòu)建起包括鍶光鐘、鐿光鐘在內(nèi)的完整研發(fā)體系。NTSC-Sr2的駕馭資格，證明我國時(shí)間頻率基準(zhǔn)達(dá)到國際先進(jìn)水平。當(dāng)全球進(jìn)入光鐘時(shí)代，中國不再只是規(guī)則的接受者，而是成為了標(biāo)準(zhǔn)的共同制定者。

國際權(quán)度局《時(shí)間公報(bào)》（Circular T 457），2025年2月11日

中國科學(xué)院國家授時(shí)中心：我國光鐘實(shí)現(xiàn)對(duì)國際原子時(shí)的駕馭，2025年2月

國際權(quán)度局（BIPM）關(guān)于基于光鐘的"秒"定義變更路線圖（Resolution 2 of the 27th CGPM, 2022）