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物理学前沿--准确的时间
现在到底是几点?在任何时刻，你可以用钟读出时间。钟是一种通过对有规则的重复事件进行计数来测量时间的器件。假设现在教室里的钟的读数为9：00，而你的手表显示为8：55，你同学的手表显示的是9：05，那么现在究竟是几点呢?哪一个钟或手表是准确的?
许多自动化进程都是由钟控制的。例如，钟控制着每一节课上下课时的自动铃声。因此，你要按时上课，就必须使你的手表与控制铃声的钟同步。还有一些过程，如GPS导航、空间旅行、国际网站同步、交通和通信，都依靠绝对精确及准确的钟。所以，人们需要有一个可靠的标准的钟，它能测量出怎样才是确切地流逝了一秒钟。
标准铯钟
原子钟可以满足这种需要，例如铯钟。原子钟测量的是钟内所用原子转换其能量态的次数。原子的这种能量振荡发生得非常快，而且有一定的规律。美国标准技术协会(NIST)现在利用铯原子的振荡确定标准的1s间隔。
原子钟可以满足这种需要，例如铯钟。原子钟测量的是钟内所用原子转换其能量态的次数。原子的这种能量振荡发生得非常快，而且有一定的规律。美国标准技术协会(NIST)现在利用铯原子的振荡确定标准的1s间隔。
1s定义为铯原子9 192 631 770次振荡的持续时间。
铯原子的最外层能级有一个单电子。这个外层电子不断自旋，看起来就像一个微型磁铁一样。铯原子核本身也在自旋，看起来也像一个磁铁。原子核和电子的一种自旋方式可以使这两个磁铁的北极与北极相对，即同极相对；而它们的另一种自旋方式可以使两个磁铁的异极相对。同极相对是铯原子的一种能量状态，异极相对是它的另一种状态。用某一特殊频率的微波轰击铯原子，可以改变其原子外层自旋
电子的磁极方向，从而改变原子的能态，使原子发光。铯原子在它的自然频9192 631 770 s-1处发光。铯钟就是利用这个原理设计出来的。
铯钟是如何运转的？
铯钟由铯原子和产生微波的石英晶体振荡器组成。当振荡器的微波信号与铯的自然频率精确相等时，大量铯原子将改变能态。铯的自然频率等于9192 631 770个微波振荡，于是就有9 192 631 770个铯原子能级在ls内发生改变。铯钟是如此准确，以致在2000万年后，现代铯钟的误差可以保证在1s以内。铯钟，N1ST-F1、座落于科罗拉多州大峡谷的NlST 实验室，它是目前世界上最准确的钟。
见图
进一步探索
1．研究哪些过程需要精确地测量时间?
2．分析与结论为什么精确测量时间对太空导航至关重要?
原载物理教学杂志2009年底10期
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