1. 时间的测量历史
自然周期的观察:
早期人类通过观察自然现象,如日落、日出、月相和季节变化,开始了对时间的感知。这些自然周期成为最早的时间测量单位。
天文观测:
古代文明,尤其是巴比伦、埃及、印度和中国的天文学家,通过观察星体运动和建造天文观测仪器,开展了对时间的系统测量。例如,日晷、水钟和日历系统的发展。
日历系统的建立:
不同文明制定了各种日历系统,以便更准确地测量时间。埃及的太阳历、巴比伦的月亮历、罗马的儒略历等都是历史上重要的日历系统。
机械时钟的发明:
中世纪,机械时钟的发明对时间的测量和记录起到了重要作用。最早的机械时钟出现在欧洲修道院,后来在城市和教堂中广泛使用。
天文钟和天文台的建设:
在文艺复兴时期,天文钟和天文台的建设进一步提高了时间测量的精度。天文学家通过观测星体位置来精确测量时间。
格林尼治天文台的建立:
19世纪中期,随着铁路和全球交通的发展,对于准确的时间测量需求增加。1851年,格林尼治天文台在伦敦建立,成为国际时间的基准点,标志着全球标准时间的开始。
原子钟的发明:
20世纪中叶,原子钟的发明推动了时间测量的准确性。铯原子钟和氢原子钟成为目前国际上使用的标准,其稳定性和准确性高于任何机械时钟。
全球卫星导航系统:
全球卫星导航系统(如GPS)的建立使得全球范围内的时间同步成为可能。这些系统依赖于原子钟的高精度,为现代科技和日常生活提供了准确的时间信息。
2. 时间“秒”的定义-原子钟
世界上最精确的时钟之一是由美国的国家标准与技术研究院(NIST)维护的气体原子钟。这个时钟基于铯原子的振荡频率,被称为铯原子钟。铯原子钟的工作原理涉及到铯原子的两个能级之间的跃迁频率,这个频率被定义为国际单位制(SI)中的秒。
NIST的铯原子钟的不确定度极小,可以在数百万年内只有一秒的误差。然而,即使是这样的原子钟,也还不是绝对精确的,因为它们仍然受到一些因素的影响,比如外部的磁场或温度变化。
3. 目前进展
德国Physikalisch-Technische Bundesanstalt(PTB)的科学家刚刚在《 Physical Review Letters》杂志上发表了一篇有关历史上最精确的计时装置的论文。它击败了以前的冠军---原子钟,甚至比原子钟精确很多。实际上,新的单离子时钟非常精确,以至于可能迫使我们重新定义“秒”是什么。
要了解单离子时钟,您必须了解其前身原子时钟。科学家们花了很多时间观察原子。他们发现,原子的电子从原子的能级跃迁到其他能级时,它们会做很多可预测和可检测的事情(还记得您必须在学校学的那些电子云能级跃迁吗?)。在原子钟中,原子被迫相对静止,然后以已知频率的能量(例如激光或微波)爆炸。电子由于这种能量爆炸而移动,并且时钟对这些移动进行计数。时钟通过将两个已知的事物(电子的行为和能量爆炸的特性)结合起来,找出一个未知的事物(经过了多少时间),从而知道经过了多少时间。
计时的准确性是通过每个“刻度”的长度与每个其他“刻度”的长度匹配的精确度来衡量的。原子钟的计时方式如此精确,以至于我们当前对“秒”的定义来自目前最好的原子钟-铯原子钟。科学家通过他们的系统不确定性水平来测量时钟精度,这是一种错误率。
德国人的单离子钟使原子钟的计时功能更胜一筹。它的系统不确定性是3 x 10^-18。这比铯原子钟好100倍。
无聊
能用就行了,反正你们不可能从微观粒子得到宇宙精确的时间,
王大勇
“自行车为什么不倒”问题困扰了科学家两百年:为什么自行车骑行不会倒一直没搞明白。在研究电动独轮车AI算法的时候发现电动独轮车和人力独轮车在加速、减速、失衡纠正、转向时遵循的物理学理论都是相同的,实际控制过程逻辑也是相同的,仅仅是控制主体不同电动独轮车的控制主体是传感器和微电脑而人力独轮的控制主体是骑行者。以日常生活行为中物理学基本规律是必须遵守的客观规律为前提原则,用物理学力学和控制论基础知识深入分析证实自行车(人力独轮车)玩家学习过程中心理与行为动作过程。 在研究自行车骑行过程中骑行者的行为控制过程,用成熟的物理学矢量法则、控制论、系统科学、计算机科学求证在骑自行车活动中骑行者的行为控制过程及相关的心理活动内容。用物理学基础知识,证实骑自行车过程和发射卫星过程物理学抽象的运动控制本质是相同的都是物体运动和姿态控制过程。客观上物体运动时由前一种运动状态向后一种运动状态变换必须先打破前一种运动状态的平衡,提出了骑行者学会了骑自行车的结果不仅仅学会了如何控制自行车骑行时的平衡,一定还学会了如何打破自行车骑行时的平衡。