時間是一個古老而相反的謎。河馬的奧古斯丁，寫他的自白在北非修道院中，問：“誰甚至可以在思想中理解它，以便對此說一句話？但是在話語中，我們比時間更熟悉，更易於提及呢？”
超過16個世紀後，許多學者都有這種感覺，即使不是聖人的前景。 “我們甚至都不知道現在是什麼時候。但是我們真的可以很好地衡量它。”美國國家標準與技術研究所的物理學家克里斯·奧茨（Chris Oates）說。
他的團隊經營著Ytterbium光學晶格時鐘，這是最新類型的原子計時器之一。為了跟踪傳遞秒，此類時鐘依賴於原子電子改變能量水平時吸收和發射的光子的固定頻率。最近，科學家通過從對微波頻率的依賴轉換為更快的光學狀態，並引入了依賴於懸浮網格中多個原子的檢查系統，從而找到了使這些量子計數器更好的方法。在最近的一個非凡的發展中，中央原子量的衡量能夠通過一種強大的方法來保護失真，以至於物理學家正式稱其為魔術。
奧茨（Oates）是全球幹部的成員，在時尚製作的邊界與此類設備一起工作。他的球隊的時鐘以每幾億年的速度損失了大約一秒鐘。
快速計量學
這樣的準確性就是為什麼時間不僅是幾個維度的一個維度，而且是定義其他基本單元的基礎。儀表的定義是通過升高的準確性來定義的，例如從赤道到北極的圓形弧線上的距離100億個，以及由保存在巴黎的精確製成的“原型儀表”金屬合金。 1983年，儀表正式變成了距離光將以1/299,792,458秒的真空運行。秒錶越好，可以應用這樣的定義越好。
時間的計量學並沒有保持靜止。在4月至6月的問題中現代物理的評論，東京大學的實驗物理學家Hidetoshi Katori和內華達大學的理論家安德烈·德雷維安科（Andrei derevianko），基於汞原子的排放，里諾（Reno）宣布了創紀錄的原子鐘的巨大野心。
他們在論文中指出：“如果有人在大爆炸中建造了這樣的時鐘，如果這樣的時計倖存下來的140億年，那麼時鐘將不超過一秒鐘。”那實際上是保守的。目標正式是在每十億秒內損失或獲得不超過一億秒。這是大約320億年的一秒鐘，比任何現有時鐘都要好10至100倍。
在科學速記中，擬議的汞時鐘最多將達到10的分數不確定性18- 它的運行時間為1,000,000,000,000秒，然後成為一秒鐘。
原子鐘已經走了很長一段路。儘管實驗鍾正在向前發展時，一種稱為NIST-F1的設備是美國官方計時員。 10中的幾個部分是準確的16。它在Nist的Boulder校園建造一樓的一樓大房間。主要的特徵是8英尺高的閃亮鋼真空室。內部是一個激光對照原子的激光噴泉，冷卻至絕對零。原子的團塊上升，大約與男人的拇指一樣大，並且對重力做出反應，從可調的微波發電機中的腔體倒退。
剖腹原子內的振盪類似於舊手錶中平衡輪的fro繞，但是與外界通信的是微波爐發電機。就像手錶的滴答是由連接到齒輪和手的彎曲機構引起的一樣，腔內的振盪也會以電子方式記錄。
就其本身而言，微波爐發電機會漂移時間。因此，在原子的每段傳遞中，發電機都會檢查其脈動與原子電子云中所選能量轉變的信號完全匹配 - 一種電磁波每秒超過9,192,631,770倍。
NIST現在正在研究一個名為F2的繼任者。通過改進的冷卻系統和卓越的方法，將原子通過微波室移動，它將好四倍，並且將擊敗當前的長期計時器，這是英國的時鐘，在10中非常準確地約有兩個部分16。
令人驚訝的準確性不僅僅是智力練習。定時管理的最新進展為更好的全球定位系統設計帶來了實用的回報，該系統通過通過無線電信號旅行時間來測量距離在地球上進行三角測量，這是衛星傳播的原子鐘。進一步的進展應導致儀器能夠從由於重力轉移而導致的時間減慢或超速，以改善地球內部的地圖並找到礦藏或檢測深岩漿的運動。對地球和太空中的純粹研究可能會衡量幾乎難以想像的精確性，而不僅會影響核衰減，而且有些天文學家說，物理的穩定性（或漂移）可能在遙遠的時代方面有所不同。
滴答齒輪
按照歷史標準，時鐘進度現在變得瘋狂。
人們長期以來一直通過監視以穩定方式進行衡量的過程來跟踪時間。早期人民通過太陽和月亮的運動來監測季節。一個11世紀的中國水時鐘是由穩定溪流驅動的齒輪，每天可能會損失或增益10分鐘 - 精度約為100個。大型，穩定的搖擺擺錘在1600年代每天都很好，每天幾秒鐘。十八世紀的航行鐘是英國海軍的驕傲，並沒有好得多。他們每月損失或不到一分鐘或更短的時間，準確性約為10,000分之一，但是他們在海上扔船時做到了這一點。 1920年代後期，開發了由電刺激的晶體以每秒32,768次振動的節奏的石英鐘和手錶。他們將時間保留到每天一秒鐘之內，比10中的一部分要好5。
然後隨後是原子鐘，隨著量子力學的節奏，控制與核的電子能量的定律。自1949年第一次首次亮相以來，根據氨分子的振盪，準確性提高了約10倍。最近，事情變得更快了。
儘管Nist-F1之類的設備使用微波頻率的原子信號，每秒數十億個週期，但包括Oates在內的新時鐘依賴於較快的速度速度快100萬倍。 NIST的時間，頻率和量子物理學的負責人湯姆·奧布萊恩（Tom O'Brian）說，新方法“就像擁有一個有更多分裂的統治者”。 “改進的速度飆升。”
進一步的發展，即晶格時鐘，僅在過去十年中才想到，在過去的五年中，進步迅速。目前，最準確的相關設備稱為單個離子光學時鐘，該設備在孤立電動電動原子（如鋁等電荷原子（如鋁）上鍵起來是最準確的。但是，晶格時鐘同時使用許多原子，並具有強大的組合信號，似乎使這些時鐘具有最終的邊緣。
Katori說，他在東京的團隊希望擁有第一個時鐘，其中10個18精度在五年內工作。查看創紀錄的汞時鐘將如何揭示所有當代中性原子晶格時鐘的基礎知識。
一目了然，提議的時鐘是令人困惑的激光束禧年 - 但有基本的順序。
該動作始於一種冷卻激光器的系統，該系統在所謂的“光學糖蜜”中沐浴汞原子的細蒸氣以減慢其運動。溫度達到了絕對零以上的幾百萬度，每個原子以螞蟻的步行速度大致漂移的涼爽度。但是即使在這種慢速下，運動也會在原子的集體光學信號中略有模糊。
冷卻激光器將冷凍原子輕輕地推動到另一個激光系統的橫梁相互交叉的區域。相互作用的光波有時會通過鏡像系統加倍，形成了微小的三維閃閃發光的能量場。
這是晶格。它的直升波升高，但不會傳播。當田地的能量被示意時，它們的模式看起來有點像雞蛋紙箱中的空心。這些節點捕獲並固定原子（理想情況下是每個能量井的一個原子），位於完美排列的等級中。整個原子陣列都在一個小的近空白中浮動，大約100微米，大約是像這樣光澤雜誌中頁面的厚度。最重要的是，光束產生晶格的誘捕激光器將設置為“魔術頻率”（最近的野外突破），以抓住原子，而不會扭曲電子云的形狀。
所有這些都是關鍵步驟的序言。時鐘激光器的速度將比每秒快一點，照亮原子，根據需要調整自身，以匹配它們最容易吸收和發光的頻率。激光可能被普遍認為是精確光學和顏色純度的本質。但是，在計時員的精神上邊緣，他們太搖晃了，無法保留時間。因此，鐘激光的有序光波由原子節拍器加快 - 就像鑽中士確切地保持部隊的精確節奏一樣。
還有一個大步：閱讀時鐘。儘管這個時鐘依賴於可見光，但光波閃爍太快了，每秒將近100億次，以使電子電路一一計數。因此，時鐘激光器又被鍵入了最近的另一發發明，即所謂的光學梳激光器。它是成千上萬的激光器。繪製時，其多個波長看起來像梳子的牙齒，在頻率範圍內伸展。光學梳子是NIST的另一位科學家約翰·霍爾（John Hall）在2005年獲得諾貝爾獎的重要原因。
梳子的功能類似於變速箱的齒輪。通過將一種光學牙齒與時鐘激光同步，原子鐘錶迫使其他牙齒變得同樣穩定。這樣，可以選擇微波域中的一個，以產生可數的節拍，速度慢了一百萬倍。
現在，停下來思考魔術。到1990年代，很明顯，激光晶格將使探針激光凝視著一群被困的原子，足以獲得與諸如F1之類的噴泉時鐘相比，在信號上的讀數足夠長的時間。晶格還將防止原子之間的碰撞，原子是微波爐源時鐘的關鍵扭曲來源。
但是，格子是有代價的。它們的振盪電磁場通常會嚴重扭曲原子能水平。如果有人擠壓腹部並扭曲了滾動，就可以輕鬆地猜測小提琴會多麼糟糕，就像小提琴家努力爭取精緻的音符一樣。
2001年，Katori及其同事開始發布可能可以治癒的建議。也許可能會有某些捕獲場的頻率可以使一個關鍵能量轉變的邊界完全相同。由德雷維安科（Derevianko）等人的計算加強了卡托利（Katori）的見識，提供了一種方法，可以抓住小提琴，但大約留下了一張精選的音符。
在與Katori的對話中，Nobelist Hall說，這樣的頻率聽起來像魔術。一些期刊編輯最初在正式論文提到魔術時會抵制。但是這個名字卡住了。
魔術頻率使晶格時鐘的準確性比他們以其他方式管理的要好十億倍。 “那是九個數量級，”德雷維安科說。 “那是魔術的發生。”
Katori稱其為“大自然的禮物”。
NIST和科羅拉多大學共同運作的研究所Jun Ye說，隨著魔術頻率很快發現了適合誘捕格子的多個原子，物理學家現在擁有了一組原子。 “一百萬人的軍隊比單人軍更好。”
Ye的小組經營一個基於鍶的晶格時鐘。 2007年，他通過光纖與NIST Oates的實驗室中的基於鈣的晶格時鐘相互聯繫。兩位研究人員能夠交叉檢查時間，十分之一的準確性16，這項練習證明了這樣的時鐘可以通過電子和光學電路相互聯繫。
超越TOCK
這些進步是人類古老的驅動器的最新一步，以衡量發生了多長時間發生的時間，無論是季節通過還是配備了GPS導航的汽車，可以駕駛10英尺駕駛10英尺，並受到無線電信號的變化時間的監視，從而從兩個遙遠的衛星返回，該衛星已知。十分之一18時鐘將允許位置到達英寸 - 在地球上使用衛星收發器的火星上。
歐洲航天局旨在使國際空間站成為與晶格時鐘進行基本發現的平台。該機構與法國航天局一起已經開始了一個名為ACES或太空中原子時鐘合奏的任務。它的目的是在空間站安裝一個激光冷卻的剖腹時鐘，精度約為10中的一個16。
ESA的天體物理學和基本物理部門的Luigi cacciapuoti說，與全球網絡中不同原子和原子過渡的地面時鐘相關聯，將探測物理學的基本定律，以高度準確。在審查下，將是各個方向光速的恆定的構想，愛因斯坦的等效原則宣布重力和加速度對時間和物理過程都有相同的影響。隨著Shuttles退休，第一個這樣的時鐘可以早在2014年就可以由日本或其他自動轉移車交付。
Heinrich-Heine-Universität的Stephan Schiller位於杜塞爾多夫，德國和同事，在一個名為“太空光鐘”的計劃中，希望在2020年左右將其放在車站上，這是一個準確的10倍。他們期待將地球重力場與太陽的相對論效應進行比較。一些理論表明，具有鐵核心和其他沉重的中子物質的地球可能對時間的段落的影響略有不同，而與占主導地位的中子貧民氫的影響不同。
計時可以每十年繼續提高十倍的改善嗎？在計時工作達到已知物理允許的最小增量之前，有很多數量級 - 稱為普朗克時間，10-43秒。甚至接近它似乎遙不可及。
至於通過將當今的原子晶格時鐘帶入紫外線甚至X射線域，相對適度提高精度，幾個技術障礙妨礙了。
儘管原子時鐘取決於原子外邊界中電子的活性，但可能還有其他過程可以敲擊核過程。在原子的核中，中子和質子搖晃並根據量子力學改變能量。例如，計算表明，在同位素229的核中，應發出紫外線。如果可以確認並刺激該信號，則激光頻率梳子可能會鎖定在其上，並產生較低的頻率節拍，可以將其饋入電子計數器。
Derevianko說：“這是一個非常重要的發展，因為核與外部擾動非常分離。”它可能打開“通向最終時鐘”的路徑。
只有時間會證明。
激光禧年
從外部，晶格時鐘似乎是一系列令人眼花draig亂的激光器，但是（如右側的一種鍶時鐘所示）每個激光在閱讀原子振蕩的時間中都有作用。
藍色激光系統冷卻了數千個鍶原子。
紅色激光器進一步冷卻並收縮原子云。
紅外激光系統會捕獲原子，將它們鎖定在煎餅形井中。
另一個紅色激光，“鐘”激光沐浴原子，使許多激光使許多激動。
藍色激光探測雲；發出的光揭示了多少原子變得興奮。
時鐘激光器可以根據原子的激發來適當地保持節奏。時鐘激光器的光通過“頻率梳子”，可以讀取燈的滴答聲。
