免费测另一半出现时间(测命里几段婚姻)

中科大潘建伟团队在国际上首次实现了100公里自由空的高精度时频传输实验。时间传输的稳定性达到飞秒量级，频率传输每万秒的稳定性优于4×10-19。相关论文于2022年10月5日23: 00在线发表在国际知名学术期刊《自然》上。

当夜幕降临，黎明开始时，我们做的第一件事是什么？我相信大多数人一定是——看看时间！

从每个人的学习和工作安排，到整个社会的有序运转，时间对我们来说太重要了。小学生学会写作文后，都知道记叙文的基本要素是时间、地点、人物、事件。

什么是时间，如何衡量和分享时间？对这些问题的探索贯穿了整个人类文明史。当我在春天去秋来的时候，事情发生了变化，星星移动了。大自然的变化让古人感受到了时间的存在，同时也意识到可以利用自然界的这些周期性现象来测量时间。人们过去用各种方式记录时间的流逝。

时间的测量

“日出助桑，入咸池”。通过太阳的日出和日落，我们知道一天有多长。“人有悲欢离合，月有圆缺。”通过月相的变化，我们定义“一月”；“春生夏长，秋收冬藏”，四季的循环让我们感受到了“一年”。这些时间标准是基于天体运动的周期，如地球的自转和公转。钟摆摆动、弹簧振动等。，它们也有周期性。利用这些机械运动的周期性，人们制作了机械钟来测量时间。还有物体在阳光下的投影和漏壶的稳稳滴水。这些现象也反映了周期性变化的本质，所以我们有了日晷和水钟...原则上，任何周期性现象都可以作为我们的时间标准。

但是，地球自转的公转周期是不均匀的，单摆的摆动无法避免摩擦力等因素的影响，日晷和水钟会受到环境湿度和温度的影响...这些因素都影响着时间测量的准确度，逐渐不能满足人们对时间准确度的要求。能否找到更稳定更准确的周期现象，从而提高我们对时间的测量精度？

让我们把目光从有序的天体转向神奇的量子世界。世界是由微小的原子组成的，每个原子都可以看作一个结构稳定的量子系统。在原子核的约束下，核外电子不断演化，在特定的能级轨道上运动。

原子有不同的能级，当电子在两个能级之间跃迁时，会产生或吸收电磁波。量子理论告诉我们，两个能级之间的能量差决定了电磁波的频率(能量差只需要去掉一个普朗克常数H，就是电磁波的频率)。原子的能级结构很稳定，对应的电磁波频率也很稳定。所谓频率，就是单位时间内振动的次数。如果你知道频率，你就会得到时间。通常我们把时间和频率统称为时频。看啊！原子的性质给了我们一种测量时间的新方法。

除了稳定性，还有一个很重要的就是原子的共振频率很高。比如铯133原子基态两个超精细能级之间的跃迁频率是9192631770Hz，也就是一秒钟振动90多亿次。振动频率越高，计时就越准确。它就像一把测量长度的尺子。刻度越密，测量精度越高。

基于以上事实，原子钟诞生了。利用原子的共振，我们可以制造出高频稳定的振荡器，进而达到极高的时间测量精度。

因为原子钟的优异性能，秒在第13届国际度量衡大会上被重新定义。秒是由铯原子钟定义的。从此，时间基准不再基于天体定律，而是基于量子世界中原子的行为。铯原子钟可以用一亿年，误差只有一秒。

铯原子钟的频率在微波波段。现在科学家们已经开发出新的原子钟，如锶和镱。它们的频率在光学波段较高，因此被简称为“光学原子钟”或“光学钟”。钟的测量精度现在可以达到十亿分之一，也就是10-19，在整个宇宙的时间尺度上误差小于一秒。

(墨子沙龙制作)

时间的延伸

人们如何不断提高“钟表”的性能，这是一个激动人心的故事，但直到现在，这个故事仍然不完整。故事的另一半是:我们仍然需要传播准确的时间。当你想知道现在的时间时，你会怎么做？当然不是去量子实验室求助光钟，而是看电脑上的时钟。我们的电脑里有一个内置的计时器，为了修正累积的计时误差，每隔一段时间就会通过网络连接与标准的“北京时间”进行比对和同步。北京时间以国家授时中心的原子钟时间为准。

精确计时不应该局限于高冷的实验室，也应该飞入寻常百姓家。因此，我们不仅要有最精确的原子钟，还要有与其精度相匹配的时间传递技术。准确稳定的时间基准和高精度的时频传输同等重要。

目前常用的时频传输方式有微波和光纤。有了光纤，已经可以实现高精度的时间传递，可以满足最精确的光钟的要求。但是光纤有其局限性，比如一些偏远地区没有铺设光纤，无法满足海上导航定位的需要。另外，为了实现全球时频传输网络，我们还需要free 空传输的技术，比如微波传输技术。我们知道，微波的频率远低于可见光的频率，这就像一把刻度松散的尺子，从根本上限制了微波时间传递的准确性。利用微波不能满足光钟时间精密传递的需要。

光给了我们一个10-19精度的时间标准。怎样才能实现10-19精度的时间传递？我们也转向光。这个世界上有不同的光源，比如太阳光是各种频率的连续光，我们常见的激光是单频光源，还有另外一种神奇的激光——光频梳，也就是光梳。

(墨子沙龙制作)

Comb是一种超短脉冲激光，它的光谱有一个非常奇特的性质:它包含了一系列不同频率的信号，而这些频率是离散的，等间距的。这些光频信号就像梳齿一样，所以这种激光器被命名为“光梳”。在时间上，光梳的相邻脉冲之间的间隔也比普通脉冲激光器更精确。

梳子的出现让人们可以更准确、更容易地测量频率和时间间隔。因为它的重要性，对光梳技术做出开创性贡献的约翰·霍尔和西奥多·海因施获得了诺贝尔奖。现在，梳状技术已经广泛应用于许多领域，如光学时钟、激光雷达、天文观测等。

随着光钟技术的发展，光钟有可能成为下一代时间频率标准。全球光钟网的建立迫切需要高精度的free 空时频传输技术。梳子在其中起着关键作用。近日，中科大团队基于光梳技术成功实现了free 空之间距离113公里的时频传输，精度达到10-19的水平，满足了目前最高精度光钟的需求。

(墨子沙龙制作)

近地free 空的环境远比光纤中的复杂和嘈杂。大气中的各种扰动和湍流、链路损耗、环境变化等因素给free 空之间的远距离时频传输带来很大困难。此前，Freedom 空中的光频传输技术只能实现10公里的传输距离。

中科大团队挑战了这一难题——在光源方面，研制了高功率、高稳定度的光梳，在光信号收发通道方面，研制了高稳定度、高效率的光收发望远镜系统，此外，还采用线性光采样干涉法实现了高精度的时间测量。经过一系列技术研究，最终基于双飞秒光梳和线性光采样，在相距113公里的新疆南山天文台和高崖子天文台之间实现了万秒10-19量级稳定度的时频传输。

(图片来自研究论文)

这一突破不仅带来了远距离时频传输在地面的应用，也为未来基于中高轨道卫星的高精度星地时频传输奠定了基础。

为什么需要如此精确的计时？

奥运会中，百米大战最为精彩，胜负往往在一毫米之内。我们直观地感受到准确计时的重要性。东京奥运会使用高精度计时器，每秒钟可以捕捉10000张数字图像。在科学领域，时间的测量精度要高得多，精度已经步入了10-19的数量级。时间作为七个基本物理量之一，是目前测量最准确的物理量。人们在理论和技术上不断探索，以提高时间测量的准确性。这是为了什么？

精确的测量有望带给我们对世界的新认识。一百多年前，著名物理学家开尔文勋爵就认为“只有在小数点后第六位才能找到物理学的未来”，精密计量的意义可见一斑。2005年诺贝尔物理学奖获得者约翰·霍尔甚至说“计量学是科学之母”。时间的精确测量和传输将使人们能够对相对论原理、各种引力理论、暗物质模型等基础物理进行实验测试。测量结果的细微差别可能会给我们带来时间空观念的改变。

精确的时间测量也可以让我们的生活更加方便。比如卫星的导航精度与授时精度密切相关，我们的生活早已离不开导航定位。如果定位更精确，例如在米以下，则需要更好的定时精度。精确时间在大地测量、地质勘探、雷达探测等涉及民生的领域也将发挥重要作用。

时钟和光频传输技术的发展，有望让人们重新定义“秒”。目前秒的定义是在1967年确定的，它是由铯原子钟定义的。经过几十年的发展，时间测量和比较的精度已经比最初的定义好了两个数量级以上，因此国际计量组织计划在2026年讨论改变“秒”的定义。秒是七个基本物理量之一，目前其他基本物理量(除了物质的量)都与时频标准有直接或间接的联系。因此，“秒”的新定义将给整个科学领域乃至社会的方方面面带来变革。

在此感谢沈琦和关老师对我撰写本科通论文章的指导和帮助。

转自:墨子沙龙

作者:王佳

资料来源:中国科学技术大学