北京市2020年高级中学招生考试试卷

科学重器——原子钟

星空浩瀚，地球章动，四季更替，草木枯荣。从人类意识觉醒开始，“时间”便如影随形。

从太阳升落、日晷、沙漏、水钟、机械钟、石英钟到目前最准确的计时工具原子钟，这些计时 方法与工具的发展体现了不同时代劳动人民的智慧计时工具大多是以某种规则运动的周期（完 成一次规则运动所用的时间）为基准计时的，比如日晷以日地相对运动的周期为基准；机械摆 钟以摆的振荡周期为基准；石英钟以石英晶体有规则的振荡周期为基准。选作时钟基准的运动 周期越稳定，测量时间的精准度就越高，基于此科学家制造出了原子钟（如图 26 所示）。它以 原子释放能量时发出电磁波的振荡周期为基准，由于电磁波的振荡周期很稳定，使得原子钟的 计时精准度可达每百万年才差1秒。

人们通常选取自然界中比较稳定、世界各国都能接受的事物作为测量标准。正是由于原子 辐射电磁波振荡周期的高稳定性，适合作为时间的测量标准，于是在 1967 年，国际计量大会 将“1 秒”重新定义为铯 133 原子辐射电磁波荡 9 192 631 770 个周期的持续时间。时间单位“秒” 作为国际通用的测量语言，是人类描述和定义时空的标尺。

虽然制定了统一的时间测量标准，但若各地时间不能同步，也会给人们带来麻烦。比如， 若电网调节时间不同步，可能会烧坏电机；金融市场时间不同步，可能会导致巨大的经济损失。 这就需要有一个时间基准，用于实现时间的同步，就像日常生活中，我们常常根据电视台播报

的时间来校准自己的时间一样。在我国，提供校准时间的是位于西安的国家授时中心的原子钟， 它被用作基准钟向电视、广播、网络等提供报时服务。在导航系统中，如果导航定位的精准度 为 1 米，则要求卫星上原子钟的时间同步必须在 3×10-98 之内，这需要卫星上的原子钟和地面 上的基准钟定期校准，以保证定位的精准度。我国自主研制的北斗导航系统中，原子钟堪称“导 航卫星的心脏”，使我国在导航精准度方面达到厘米级，处于全球领先水准。北斗导航系统可 以给安装了芯片的共享单车设定电子围栏，也可以判断汽车行驶在哪个车道，甚至还可以实现 送货的无人机精准地降落在客户的阳台上。

计时工具的演变，展现了人类“时间文化”的进程更彰显出人类精益求精、不探索、追求卓 越的科学精神。