日晷|从最早的日晷到原子钟，人类关于时间计时的发展史( 二 )
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石英钟利用石英晶体的一种特殊特性 ， 称为压电效应 。 利用这一特性 ， 人们可以使适当频率的电场与适当形状的石英晶体发生共振 ， 然后利用共振频率测量时间 。 石英钟的出现 ， 消除了过于复杂的齿轮系统给摆钟带来的磨损和阻尼 ， 其精度很快就超过了摆钟 。 除了高精度外 ， 石英钟还有一个很大的优点 ， 那就是它可以测量非常小的时间间隔 。 如前所述 ， 人们发明钟表的原因是不容易发现比“月”短的自然周期运动 ， 因此不可能测量比“日”短的时间 。 摆钟也存在这个问题 ， 但程度不同 ， 因为摆钟的周期通常在秒的量级上 ， 所以不可能测量到比秒短的时间 。 但是石英钟的振动周期只有几万甚至几千万秒 ， 所以它可以测量很小的时间间隔 。 1932年 ， 科学家利用石英钟研究地球自转 ， 发现我们居住的巨型太空陀螺仪有轻微的“震动”——地球自转周期有非常小的短期变化 。 石英钟虽然具有突出的优点 ， 但也有一个致命的缺点 ， 即其精度会随着石英晶体的老化而下降 。 即使是最好的石英钟 ， 误差也是千年一秒 ， 使用时间越长 ， 误差就越大 。 幸运的是 ， 就在石英钟问世20多年后 ， 一种新的时钟出现在了历史的舞台上 ， 那就是原子钟 ， 它是1955年由英国科学家首次研制出来的 。 原子钟的霸主地位
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顾名思义 ， 原子钟依赖于微观世界中的周期现象（特别是跃迁辐射中的周期现象） ， 这是自然界中最完美、最纯粹的周期现象 。 它不损耗 ， 不老化 ， 振动周期比石英晶体短 ， 所以原子钟的精度远高于以往任何一种钟 ， 而且还可以测量更精细的时间间隔 。 英国科学家最早研制的原子钟是转原子钟 。 铯在早期原子钟的生产中发挥了重要作用 ， 由于其超精细能距大 ， 在微波波段的跃迁辐射相对容易测定 ， 而且它只有一种稳定的同位素 ， 避免了提纯的麻烦 。 此外 ， 应该提到的是 ， 美国和国家标准计量研究所于1949年研制的氨分子钟有时被称为第一原子钟 。
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原子钟的出现不仅改变了时间测量 ， 也改变了空间测量 。 1967年 ， 人们将“秒”的定义从最初的天文定义改为原子钟的定义 ， 即1秒等于“铯-133原子基态两个超精细能级跃迁对应的9192631770个辐射周期的持续时间”；1983年 ， 人们进一步联系起来“米”与“秒”的定义 ， 即一米等于“真空中的光1/299792458秒” 。 在人类计量史上 ， 这是一个引人注目的结果 ， 因为传统上人们用空间距离（如日晷和时钟的刻度）来标记时间 ， 但现在空间计量依赖于时间计量 。 原子钟在诞生之初 ， 其精度仅为每300年一秒 。 经过半个多世纪的发展 ， 其精度提高了几百万倍 ， 而且还在不断提高 。 同时 ， 原子钟的种类也增加了 。 工作物质已从镉和梗原子扩展到钙、U甚至汞 。 2009年 ， 美国国家标准与计量研究所（NIST）的科学家研制出一种原子钟 ， 其精度记录仅比每17亿年减少1秒 。 原子钟是以汞离子为基础的 。 它的工作波段在光学波段（传统的椭原子钟在微波波段） ， 所以又称光学钟 。 光学钟的振动周期比带原子钟短 ， 所以除了精度更高外 ， 可以测量的时间间隔也更精细 。 精确计量时间的意义
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虽然时钟越精确越好 ， 但世界上很多东西都有度 ， 一旦过了 ， 就会变成浪费 ， 所以有一个问题我们在本文开头问过：这样精确的时钟有用吗？答案是肯定的 ， 答案首先来自科学研究 。 我们可以举很多例子 ， 比如爱因斯坦的相对论告诉我们 ， 在运动的参照系和引力场中 ， 时间的流逝都会减慢 。
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