科学界的秒是什么（走近SI一秒的时间）
科学界的秒是什么（走近SI一秒的时间）经过数百年创新改进，机械钟最终在肖特（Shortt clock）时达到设计顶峰。肖特钟是最精确的商品摆钟，是20世纪20年代至40年代的最高守时标准。肖特钟使用了两个电耦合钟摆系统（基本摆和辅助摆），并以电磁铁调节辅助时钟。13至14世纪，欧洲出现了机械钟，利用的是储存在弹簧或重物中的机械能。人类探索时间测量已有数千年的历史。人类的时间测量史可追溯至公元前2000年左右。最早的计时器就是日晷，利用太阳下晷针（指时针）的投影方向来测定时间。日晷的设计各不相同，大到宏伟不朽的埃及方尖碑，小到可搬运甚至是便携的袖珍版本。基于太阳的计时器有一些明显的缺点：一是无法在夜间工作，二是建造时需考虑当地的纬度（会影响太阳高度）。水钟是另一种创新方案，利用水流量来测定时间。但水钟也有其缺点，例如需要恒定的水压以保持恒定的流速。
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“现在几点了？”——这是所有语言中最常见的问题之一，也是自人类社会首次尝试给出时间坐标以来的一个令人着迷的话题。
今天，让我们一起了解一下国际单位制（SI）中时间的基本单位——“秒”。
人类时间测量简史
人类探索时间测量已有数千年的历史。人类的时间测量史可追溯至公元前2000年左右。
最早的计时器就是日晷，利用太阳下晷针（指时针）的投影方向来测定时间。
日晷的设计各不相同，大到宏伟不朽的埃及方尖碑，小到可搬运甚至是便携的袖珍版本。基于太阳的计时器有一些明显的缺点：一是无法在夜间工作，二是建造时需考虑当地的纬度（会影响太阳高度）。水钟是另一种创新方案，利用水流量来测定时间。但水钟也有其缺点，例如需要恒定的水压以保持恒定的流速。
13至14世纪，欧洲出现了机械钟，利用的是储存在弹簧或重物中的机械能。
经过数百年创新改进，机械钟最终在肖特（Shortt clock）时达到设计顶峰。肖特钟是最精确的商品摆钟，是20世纪20年代至40年代的最高守时标准。肖特钟使用了两个电耦合钟摆系统（基本摆和辅助摆），并以电磁铁调节辅助时钟。
20世纪30年代，石英钟作为时间标准的时代开始了。
石英晶体具有压电效应。其反向利用也是现实的：当外加一个电压时，石英将会产生一个频率准确的振动。目前典型的现代石英钟可以达到每天约半秒的准确度，而最精准的石英钟可以达到在20-30年内仅有大约1秒的误差。
随后出现的原子钟取代了石英钟，成为最精准的时间标准。
原子钟的概念最早由开尔文勋爵（国际单位制中温度单位热力学温标的创立人之一）于1879年提出。它基于原子的量子现象，在原子内部只允许发生某些特定值的能量阶跃性改变，并随之发出固定频率的电磁辐射。
世界上第一台基于铯133原子跃迁的精确原子钟由英国国家物理研究院于1955年建造。铯原子钟目前仍然是最常见的原子钟，频率处于微波频段，比9 GHz略高。正在研发中的光钟，其频率位于在光学波段，理论上讲，它的准确度可以达到约300亿年才减少或增加1秒。
秒的定义是什么
人类历史中，很长一段时间里秒被定义为平太阳日的一小部分，而平均太阳日是由太阳在天空中的位置确定的。1秒精确地等于平太阳日的1/86400。
1956年，国际计量委员会（CIPM）提出了秒的新定义：
秒是自历书时1900年1月0日12时起算的回归年的1/31556925.9747。
该定义于1960年被国际计量大会（CGPM）正式采用。
1967年，随着原子钟的发展，对秒进行了第二次定义，至今仍然适用：
秒是铯133原子基态的两个超精细能级之间跃迁时所辐射的电磁波的9192631770个周期的持续时间。
但是，在2019年5月20日，对秒的最新重新定义即将生效，取代第二次定义：
秒，符号s，是SI的时间单位。
当铯频率Δ νCs，即铯-133 原子无干扰的基态超精细跃迁频率以单位Hz，即s-1表示时，将其固定数值取为9192631770来定义秒。
新旧定义有什么不同？
从技术角度来看，没有任何不同 ，仍将沿用之前相同定义频率的微波铯原子辐射来定义秒。
（科学的世界小编不懂）
但是，这次修订调整了秒定义的文字表述，这样一来，所有SI基本单位的定义都在文字结构上保持一致。
时间计量的现实应用
当今文明高度依赖时间。工作时间、学校时间表、商店营业时间和火车时刻表都或多或少遵守着时间。
一些行业对计时准确性的要求则要高得多，例如银行、证券交易所、电信、互联网通讯和卫星导航等。
如果没有准确计时，GPS导航会失效电话无法拨通，网上银行无法转账，更不可能通过电子邮件交换可靠信息。
时间是计量学中测得最精确的量，精确的时间是测量其他量的先决条件，例如确定测量长度的激光频率，或利用约瑟夫森效应复现标准电压。
即便这种精确度有时候不见得必要，但我们大多数人在日常生活中接触到与时间测量相关的事情时，例如家庭用电量、用气量和其他账单，总希望能测得准。
时标究竟是什么？
随着通讯系统进一步拉近人与人之间的距离，建立起一个全球通用的时标是非常便利的。虽然原子钟非常准确，但我们不能依靠单个原子钟来设定整个世界的时间。因此，人们决定利用位于世界各地的若干个钟的平均值来建立统一的时标。
这种基于“时间标准群”的时标，称为国际原子时（International Atomic Time，简称TAI），由位于巴黎的国际计量局（BIPM）负责协调。
由于地球自转和公转与原子中的原子现象没有直接关联，因此，TAI与历史上的天文时之间存在一定的差异。
为解决这个问题，1960年1月1日，协调世界时（Universal Coordinated Time，简称UTC）成为时间基准。UTC是在TAI的基础上加以调整从而与零度子午线的平太阳时相互协调。1972年，UTC成为了所有国家的官方时间。
UTC会受到地球自转速度减慢等不规律因素的影响，因此它需要与原子时之间进行协调，确保中午永远在一天的正中间。这既保留了时间测量的一致性的优势，又使它与天文时相兼容。
本期主编/王惜纯
本期小编/岳 倩
内容来源/欧洲计量组织
（翻译：中国计量院 宫柯楠 晏刘莹 高蔚 整理：史玉成）
来源/中国质量报
