互动科普

我们现在都使用钟表来计量时间。在很多钟表里，计时的核心元件都是石英，这就是我们常见的石英钟或石英表。

向石英施加某种变化的电场，就可以让它产生稳定的振动。虽然在一定时间内，石英振动的次数（频率）会因其自身的重量及形态的不同而有所差异，但用在手表里的那种小石英元件，每秒的振动次数均为32768次。也就是说，在石英连续振动了32768次的这段时间内，秒针就前进了1格。

石英钟

时间的基本单位是“秒”。对秒进行精确计量的技术在不断发展，与此同时，对它的定义也发生着变化。

很久以前，人们就根据某些按照特定时间间隔进行往复运动的自然现象，来定义时间单位的长度。在古埃及，人们把太阳两次上中天的间隔作为1天，再把1天分成24个小时。按照这个思路，如果再把1小时分成3600（60×60）份的话，也就能定出1秒的长度了。因此，这种划分时间间隔的基础，其实就是地球自转。

在1956年的国际计量大会上，人们决定改以地球公转为基础来划分秒。比起地球自转，地球公转更为稳定可靠，但是这种方法必须以天体观测为基础，所以不可能十分精确。

现在，我们基于铯133（Cs）原子特有的物理性质，来定义1秒的长度。原子具有一种特殊性质，它只吸收特定频率的电磁波，并相应提高能量状态（跃迁）。铯133原子能够吸收频率为9192631770赫兹的“微波”，并跃迁到较高的能量状态。目前，人们将铯133原子所能吸收的微波振动9192631770次的时间，定为1秒。

利用这一原理进行精确计时的设备，就是原子钟。原子钟可以对用于导航的GPS卫星、手机基站及支持无线电波授时的钟表上的时钟系统进行精确调校，目前已经是一种不可或缺的重要工具了。

虽然“秒”已有了国际定义，但在这个国际交流频繁的年代，没有世界通用的时间实在是很不方便。于是，人们又制定出了两种世界通用时间，即“国际原子时”(TAI）和“世界时”(UT1）。

国际原子时以分布在50多个国家中的约300台原子钟所测定的时间为基础，最精准地确定了1秒的长度。而世界时，则是符合我们日常生活习惯的时间系统，它以地球自转为基础制定而成。但是地球自转会受到月球和太阳引力的影响而慢慢变缓，而且自转速度本身也并不均匀，所以世界时的“1秒”，其长度也会发生变化。

因此，为了让世界时更接近于精密的国际原子时，每隔数年，世界时就要增加或减少1个“闰秒”。目前，作为世界通用时间所使用的时间系统，就是这种考虑到地球自转影响并做出相应修正的“协调世界时”(UTC）。

（本文发表于《科学世界》2013年第5期）