在奥运赛场,百米大战最为激动人心,胜负往往在毫厘之间,我们直观上感觉到精确计时的重要性。东京奥运会采用高精度计时器,每秒可以捕捉10,000幅数码影像。在科学领域,时间的测量精度就更高得多了,精度已经步入10-19量级。作为七大基本物理量之一的时间,是目前测量最精确的物理量。人们不断在理论和技术上进行探索来提高时间测量精度,是为了什么呢?
精确的测量有望带给我们对世界的全新认识。一百多年前,著名物理学家开尔文勋爵就认为“物理学的未来,将只有在小数点第六位后面去寻找”,精密计量学的意义可见一斑。2005年诺贝尔物理学奖得主约翰·霍尔更是说“计量学是科学之母”。时间的精确测量和传递,将使人们能够对相对论原理、各种引力理论、暗物质模型等等基础物理进行实验检验。测量结果的微小不同,带给我们的却可能是时空观念的转变。
时间的精确测量也可以让我们的生活更便利。例如,卫星的导航精度与计时精度紧密相关,我们的生活早已离不开导航和定位,要想定位更准确,比如精确到米以下,就需要更好的计时精度。在大地测量、地质勘探、雷达探测等等涉及社会民生的领域,精确的时间也都将发挥重要作用。
光钟以及光频传递技术的发展,有望让人们重新定义“秒”。现在秒的定义在1967年被确定,是由铯原子钟来定义的。经过几十年的发展,时间测量与比对的精确程度已经比原有定义优异两个以上数量级,因此国际计量组织计划2026年讨论“秒”定义的变更。秒是七大基本物理量之一,且目前其他基本物理量(除物质的量外)均直接或间接与时频标准相联系。因此,新的“秒”定义将给整个科学领域甚至社会的方方面面带来改变