和秒赛跑没有终点

2008年11月01日 00:53:39 来源:中国质量新闻 作者:http://www.sina.com.
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和秒赛跑没有终点

  图为中国计量院1980年研制成功的Cs-111铯原子束时间频率基准装置,简称NIM3,其准确度可达到400万年不差一秒。图片由中国计量院提供

  这是一个令人难忘的时刻!

  1970年12月15日,中国人民第一次通过无线电波,从收音机里听到了一个特别的对时声:“刚才最后一响,是北京时间X点整。”

  人们在感到新奇的同时,却很少有人知道,当时的“北京时间”,实际上是以美国海军发射系统发射的标准时间和频率信号为依据的。

  为什么“北京时间”要以美国的标准时间为依据呢?这是因为从上个世纪中期开始,各国计量技术机构开始了时间频率计量基准数据国际比对工作。哪个国家的时间计量更准确,就以哪个国家的标准时间作为主要依据进行国际间的传递。因为秒是衡量时间的基本单位,因此,时间频率国际比对实际就是一场各国计量人和秒之间的赛跑。

  中国计量人加入了这场特殊的竞赛。他们暗暗发誓:一定要有真正的“北京时间”!

  1978年,中国计量科学研究院研制成功第一台3米长实验室型铯原子钟,使我国时间频率计量从天文时过渡到原子时。

  当时,通过国际比对,我国第一台3米长实验室型铯原子钟准确度与当时国际先进水平相比还差两个数量级。为了缩小这个差距,中国计量院又相继研制成功了两台时间频率基准装置铯原子钟Cs-2和Cs-3,以及完整的守时系统。值得注意的是,当时,原子钟的国际比对实际上只是时间上的校准。当时我国用于比对的3台商品小铯钟都是从美国购买的。

  1981年,经过与法国巴黎天文台比对,中国计量院这套时间基准的准确度精确到0.1微秒,达到当时的世界先进水平。这次比对还有一个小插曲———由于当时科技水平有限,为了参加国际比对,中国计量院的技术人员,硬是把我们的原子钟从中国运到了巴黎。

  然而,这来之不易的“达到国际先进水平”没有维持多久,稍后出现的全球卫星定位系统(GPS),又一次向中国计量发出了新挑战。GPS的定位精度可达15米,更关键的是,其时间体系是以美国标准技术院的铯原子喷泉基准钟为溯源,这必然将制约今后我国军事、经济等各领域的发展。

  别无选择!为了保护国家利益,我国必须建立独立的时间频率。从1997年到2003年,中国计量院又开始了更高一级的激光冷却-铯原子喷泉时间频率基准装置(以下简称冷铯原子钟)的研制。

  心血和汗水,终于换来了成功。2003年底,11名专家评审一致认为,这个冷铯原子钟,集中了当代原子物理、电子学、计算机和计量学等一系列前沿的科学成果和工艺技术,代表了我国乃至世界时间频率计量科学的最高水平。冷铯原子钟参加国际比对的各项关键数据再一次证明了它的精准性能:600万年误差不超过一秒。至此,我国在与秒的赛跑中正式进入了国际“第一梯队”。

  2004年,冷铯原子钟正式取代了它的“大哥哥”Cs-3,成为我国的时间频率基准装置。更重要的是,一旦在非常时期其他国家关闭了GPS,中国的冷铯原子钟组也能够保证我国时间频率体系的独立完整运行,满足国家对时间频率计量的需要。2007年,冷铯原子钟荣获国家科技进步奖一等奖。

  在完成了建立中国独立的时间频率这一使命之后,从2004年开始,中国计量院的科学家们又开始着手研制800万年不差一秒的时间频率基准,也就是光钟。

  尽管和秒的赛跑是一场没有终点的接力赛,但可以肯定的是,从听到发令枪的那一刻起,中国计量人的步伐从来不曾停歇。

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  计量国际比对是指在规定条件下,各国对相同准确度等级或者规定不确定度范围内的同种计量基准、计量标准之间所复现的量值进行传递、比较、分析的过程。

  1977年5月,我国正式加入国际米制公约组织,正式拉开了计量基准的国际比对工作。

  1985年,《中华人民共和国计量法》颁布实施,促进了国际比对工作的发展。

  1997年2月,国际计量委员会和国际计量局召开各国国家计量院院长会议,签署世界各国计量基准等效协议,技术基础是约80个关键量的国际比对。

  1999年10月14日,中国计量院签署了《各国计量基标准互认和各国计量院签发的校准与测量证书互认协议》,我国可提供的校准、测试服务能力也发布在国际计量局的网站上。

  1998年到2000年,中国有30%以上计量基准主要指标达到国际先进水平,完成了近50个关键量的国际比对。

  2000年至2005年“十五”期间,我国积极参与国际计量组织的标准和指南的制定,加大了计量能力建设投入,组织开展了几十个关键量的国际比对。

  2006至2010年“十一五”时期,我国计划完成计量基标准关键量的国际比对近百个。

  到2008年,我国共完成关键量国际比对200多个。

  消失的名词

  平太阳秒、历书秒

  平太阳秒、历书秒是依据地球自传或太阳公转周期而导出的秒的定义。和其他国家一样,中国在时间基本单位上的应用经历了平太阳秒—历书秒—原子秒的历史变迁,沿用至今的原子秒是利用量子理论来对秒进行定义。由此可见,平太阳秒、历书秒的消失都是基于科学家们找到了更稳定的周期性运动,从而对秒有了更精准的定义。

  我国参加计量基准国际比对项目数量(单位:项)

  

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