时空到底平不平?答案也许就在下一束被精准捕捉到的光波里等着我们去发现

咱们以前看太阳当钟表,1秒就是太阳出来转一圈的1/86400。不过地球转得有时候快有时候慢,这样定下来的时间,平均每45年才会差1秒。后来大家把眼光转到了原子身上。1967年第13届国际计量大会就把“秒”给焊死在铯-133原子两个能级跃迁的频率上。这时候时间测量的精度就一下子提升到了每100亿年才差1秒。 可是科学家觉得这还不够精确。微波原子钟每秒只能数几百亿次跃迁频率,而光波的频率高了去了,每秒能数100万亿次。所以他们决定让光来接管这个“秒”的定义。一旦用光波来计算时间,宇宙138亿年的历史也就能给出精确到不到1秒的答案了。 现在光钟的核心就是一个超稳激光器。它被锁在光学谐振腔里来回反射,把频率波动压到比地球表面还平。还有就是要用光把原子给冻住不动。一种办法是用激光织出个三维笼子把锶原子困住;另一种是用电磁场把单个汞离子或铝离子给圈住。这样原子不动了,跃迁频率才会纯净得像水晶一样。 最后一道难关是电子设备读不懂光的频率。这时候就得靠飞秒光学频率梳出马。它像一把尺子一样把高频光波的频率划分成微波的频率段,这样普通计数器也能读得懂了。它既是光钟输出数据的出口,也是把光频搬进实验室的桥梁。 数据说话最有说服力。现在最好的光钟不确定度已经到了10的负18次方量级。2006年国际计量委员会(CIPM)也给光钟开了绿灯,把汞离子、锶离子、镱离子还有锶原子的光学跃迁列为重新定义“秒”的备选标准。以后GPS导航、卫星通信都会因为光钟而变得更稳更准。 其实我们定义时间的过程,就是人类不断挑战测量极限的过程。光钟把“一秒”的定义追溯到宇宙诞生的那一刻。这也把我们对时空的追问推到了更深处:引力和量子到底怎么回事?时空到底平不平?答案也许就在下一束被精准捕捉到的光波里等着我们去发现。