從高考敲鐘失誤認(rèn)識(shí)最先進(jìn)的計(jì)時(shí)器

一年一度的高考吸引了大多數(shù)中國(guó)人的目光，成為一段時(shí)間的熱點(diǎn)，然而圍繞考前考后的爭(zhēng)議卻不斷。先是考試過(guò)程中一些家長(zhǎng)過(guò)于注重考試而作出一些過(guò)激的行為，然后是雇“槍手”替考現(xiàn)象的被揭發(fā)。如今，多個(gè)考場(chǎng)出現(xiàn)了敲鐘人敲鐘失誤導(dǎo)致考試提前交卷。其中充滿了各種因素，當(dāng)然，鐘表走表失誤的可能性也不能排除。

鐘表由于它振動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)周期發(fā)生變化而在運(yùn)行（走時(shí)）時(shí)產(chǎn)生的快慢變化。通常以日差值（見(jiàn)鐘表日差）表示。鐘表振動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)周期受各種外部和內(nèi)部因素的影響而變化，不同影響因素導(dǎo)致不同的走時(shí)誤差。各種走時(shí)誤差的綜合就構(gòu)成了鐘表走時(shí)誤差。鐘表走時(shí)誤差的構(gòu)成，對(duì)于機(jī)械式鐘表，主要有等時(shí)性誤差、位置誤差和溫度誤差；對(duì)于石英電子鐘表，主要有溫度誤差、因電池電壓下降和石英振蕩器老化所引起的走時(shí)誤差。石英電子鐘表的走時(shí)誤差通常比機(jī)械式鐘表至少小一個(gè)數(shù)量級(jí)，即小10倍以上。

嚴(yán)格地說(shuō)，任何鐘表振動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)周期都與振幅的大小有關(guān)，故振幅變化時(shí)將引起振動(dòng)周期的變化。這種由于振幅變化所引起的走時(shí)誤差，在計(jì)時(shí)學(xué)中稱為振動(dòng)系統(tǒng)的等時(shí)性誤差。鐘表走時(shí)過(guò)程中，發(fā)條力矩、輪系傳動(dòng)以及擒縱機(jī)構(gòu)效率的穩(wěn)定性決定振幅變化的程度和振動(dòng)系統(tǒng)的等時(shí)性誤差，進(jìn)而決定鐘表的等時(shí)性誤差。鐘表的等時(shí)性誤差通常通過(guò)測(cè)量瞬時(shí)日差來(lái)求取。在同一放置姿態(tài)下，鐘表在滿條(上滿發(fā)條)時(shí)的瞬時(shí)日差與到達(dá)指定運(yùn)行時(shí)間時(shí)的瞬時(shí)日差的差值，即為鐘表的等時(shí)性誤差。根據(jù)計(jì)時(shí)學(xué)的理論，產(chǎn)生振動(dòng)系統(tǒng)等時(shí)性誤差的根源主要在于振動(dòng)系統(tǒng)工作時(shí)受非線性力矩（與振動(dòng)系統(tǒng)位移不成正比的力矩）的干擾。而引起這種干擾力矩的因素通常有以下9項(xiàng)。

如今，最精確的鐘表是美國(guó)的，美國(guó)最先進(jìn)的時(shí)鐘37億年誤差一秒。中國(guó)最先進(jìn)的時(shí)鐘1500萬(wàn)年誤差一秒。2011年，日本研究小組表示，這是朝著研制人類歷史上最為精確的測(cè)量裝置邁出的重要一步。原子鐘用于設(shè)定國(guó)際原子時(shí)間或者協(xié)調(diào)世界時(shí)，二者與我們絕大多數(shù)人使用的格林尼治標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間存在差異，但更為精確。隨著時(shí)間的流逝，即使原子鐘也會(huì)失去精確性，必須進(jìn)行調(diào)整以修訂微小誤差。精確性降低與所謂的“迪克效應(yīng)”有關(guān)，也就是原子鐘的激光器產(chǎn)生的不必要的噪音。日本研究人員研制的光晶格鐘避免了這個(gè)問(wèn)題，同時(shí)更為穩(wěn)定，無(wú)需經(jīng)常調(diào)整。

這臺(tái)新原子鐘由東京大學(xué)的英敏香取教授以及他的團(tuán)隊(duì)在澳大利亞新南威爾士大學(xué)維克多·弗拉姆鮑姆教授的幫助下研制。弗拉姆鮑姆表示，光晶格鐘就像是一個(gè)放在草皮上，里面裝有原子的蛋格?！半x子時(shí)鐘通常只有一個(gè)原子，你必須等待很長(zhǎng)時(shí)間，才能達(dá)到所希望的精確度。新發(fā)明的原子鐘可以操縱數(shù)千個(gè)原子，能夠更快獲得結(jié)果?！?/P>

除了更為精確外，這臺(tái)光晶格鐘也可用于尋找地下礦物和碳?xì)浠衔铩PS依靠令人難以置信的精確計(jì)時(shí)，精確度更高的GPS自然能夠發(fā)揮更大作用。GPS追蹤器通過(guò)與衛(wèi)星保持通訊工作，衛(wèi)星負(fù)責(zé)報(bào)告位置和時(shí)間。追蹤器內(nèi)的電腦將自己的時(shí)間與衛(wèi)星報(bào)告的時(shí)間相比較，利用差值計(jì)算它們的方位。光以每秒18.6萬(wàn)英里(約合每秒30萬(wàn)公里)的速度穿行，如果衛(wèi)星時(shí)間落后于GPS接收器的時(shí)間千分之一秒，接收器便可計(jì)算出它與衛(wèi)星之間的距離為186英里(約合300公里)。

弗拉姆鮑姆說(shuō)：“我們?cè)跍y(cè)量原子鐘頻率時(shí)的精確度可達(dá)到17位數(shù)。它的精確度高的驚人，甚至能夠探測(cè)到地球引力勢(shì)的差異。在引力場(chǎng)，時(shí)間走得更慢，時(shí)鐘的快慢取決于物體引力勢(shì)的強(qiáng)弱?！彼赋?，日本研究人員研制的原子鐘也可用于石油勘探。“由于石油是低密度液體，所以石油的引力勢(shì)低于附近巖石。借助于這種原子鐘，你可以勘探礦物，應(yīng)用于包括汽車、飛機(jī)和太空飛船在內(nèi)所有平臺(tái)的全球定位系統(tǒng)，進(jìn)行實(shí)時(shí)相對(duì)大地測(cè)量?！?/P>