2016年九月十五号天宫二号发射成功，它是我国首个真正意义上的空间实验室。

在这个太空实验平台上，涉及到了八个领域的实验，装载了十四个应用荷载，大部分荷载代表着国际先进水平，其中的冷原子钟，引人关注。

因为这台冷原子钟是世界首台在太空运行的冷原子钟，而且精度极高，三千万年才会出现一秒钟的误差，直接将人类在太空时间的计量精度提高了一到两个数量级。

当然了，任何设备运行之后，经过检测才算成功。

所以当时间走到2018年的七月，这台冷原子钟在轨运行了近两年的时间之后，完成了全部测试任务，确定所有指标全部符合预期。

最终成果在这一年的七月二十四号，发表在了英国的《自然.通讯》杂志上。

这一下让中国在冷原子钟领域扬眉吐气。

要知道在原子钟领域，中国长期受到国外的封锁。

比如在1979年的时候，中国科学家王育竹提出了全新的激光冷却原子机制，结果在1980年的时候，参与到国际激光会议上时，外国科学家对于王育竹提出的这个全新机制，当场进行了打压，甚至是严厉的批评。

批评的内容不得而知，但王育竹后来回忆说，对方霸气的不得了，直接进行了否定，你就是不行。

很多人都认为，这也是王育竹错过诺贝尔奖的原因。

那么今天就围绕着原子钟的话题来说一说。

日常生活中的钟表精度再怎么高，每年至少也会有一分钟的误差。

那么一分钟的误差放在生活中，并不会影响到什么，但在科学领域中，别说误差一分钟了，误差到了一秒都会出现严重的错误，不然科学家们也不会设计出更为小的时间单位，毫秒、微秒、纳秒、皮秒、飞秒。

而一飞秒的时间仅仅是一秒的千万亿分之一。

所以科学家们在很长一段时间里，为研发出一台计时更为精准的钟表而努力。

直到上个世纪五十年代，出现了一种叫做原子钟的计时器，它是利用原子吸收或者释放能量时的电磁波来计时。

具体的原理是什么呢？

原子的外围围绕着电子，电子因为能量的不同，而在不同的电子层中绕行。

这是很多人认识原子的基本常识，其实电子围绕原子核旋转并不会老老实实的一直在一个电子层上运行，而是从一个电子层跳到另一个电子层。

那么电子在这种跳跃过程中，就会吸收或者释放出电磁能量，毕竟每一个电子层的能量不同，必须匹配，不然就跳不过去。

这些电磁能量是不连续的，表现出来的电磁波频率也就是不连续的，但有意思的是，这些不连续的电磁波频率有着一个恒定的频率，所以科学家们又将这种电磁波频率叫做共振频率。

那么设计出一种节拍器，收集这种共振频率，将其转化为度量时间的钟，就可以获得一台精确的钟表了。

生活中的钟表利用钟摆有规律的摇摆进行计时，而原子钟利用共振频率进行计时，道理是一样的，只是原子钟转化的过程比较复杂而已。

最初的原子钟是科学家们用来探索宇宙的一件工具，可在随后的发展中，这项技术却在导航系统中大显神威。

说到这里就会有一个疑问，导航系统是用来导航的，它和时间有什么关系？

时间是人类想象出来的一个参数，它就像是一件工具，用来度量或者测试空间的。

导航系统其实针对的就是空间，而这个空间是动态的，那么把握住了时间这个概念，就会将这个动态的空间依据时间进行切割，变成一幅幅的图画，这些图画变成一个个的信息，再呈现在人们的眼前。

所以时间越是精确，这种切割也就越细微，那么看到的画面就越清晰。

再有就是，低轨道卫星距离地面的高度在一千到五千公里这个范畴，卫星对地面进行侦查，不管是用什么手段，这个距离是无法忽视的，就算是不用一秒的时间，就可以走一个来回。

但这不到一秒的时间，对于地面这个动态的空间，就会出现误差。

而这个误差还得加上地球自转的速度，以及公转速度造成的误差。

当然卫星导航系统使用的是静地轨道卫星，可就算是静地也不是真正的静止不动的。

那么这些时间因素全部加起来，就会体现在导航卫星的精度上。

其中原子钟就扮演了非常重要的角色，它表达出来的时间精度越高，导航卫星的精度也就越好。

比如当初北斗一号作为一款区域性导航系统精度只有二十米，就是因为携带的原子钟精度不高导致的。

而当时的GPS已经做到了十米，这还是民用级别的，军用级别的更是达到了一米的水平。

所以原子钟不仅在科学领域中，其实在生活中也是有非常重要的作用。

后来北斗二号开始组网，就想要购买一些国外先进的原子钟进行装备，结果条件都谈好了，签约的时候，出了各种问题，不是提价就是加入更多的霸王条款。

要知道当时北斗可是和欧洲的伽利略系统，处于争夺导航系统最后一个黄金频率的关键时期。

按照国际惯例，先到先得，这样拖下去，显然对于北斗来说是相当不利的。

所以依靠别人，还不如依靠自己。

中国原子钟的设计提上了日程。

世界首个原子钟是在1974年被送到太空中的，截止到2010年的时候，在天空中的原子钟已经多大五百多个。

在1989年到1990年初期，是原子钟上太空最频繁的时刻，平均每年大约有二十六个原子钟被送入到太空。

原因是美国的GPS和苏联的格罗纳斯导航系统，在进行建设。

从2000年到2010年又出现了原子钟被送上太空的小高潮，十年间被送上去的原子钟就高达一百多个。

原因是美国的GPS和苏联的格罗纳斯导航系统，进入到了系统替换阶段。

2010年之后，频率再次提高，每年会发射二十多个原子钟，原因是欧洲的伽利略系统、中国的北斗系统、甚至是印度和日本也有了导航系统的需求。

那么在这种情况之下，中国打造属于国产的原子钟也就成为了必然。

其实中国的原子钟的研究并不算太晚。

1955年原子钟在英国的国家物理实验室诞生了，是一台铯原子钟。

六年后，中国一位叫做王育竹的人从苏联学成归来，进入到中国科学院北京电子所工作。

而当时中国有关原子钟的领域可以说是一片空白，王育竹从什么也没有开始，建立实验室。

说是实验室，其实和一个手工作坊也差不了多少。

就是在这种情况下，在1964年他研发出了钠原子钟。

后来王育竹听说国外已经研发出了铷原子钟，他十分清楚这种原子钟的精度更高，在导航和定位上更重要。

所以从1965年，他就开始对铷原子钟发起了挑战。

不过研究铷原子钟，一切都得从头再来，从铷原子同位素的提取，再到铷原子钟的关键部件，最后是测试需要的设备。

就这些准备工作，花费了他四年的时间。

后来再进行研发，条件非常差，实验室是建在一家灯具厂厨房的阁楼上。

就是在这种条件下，他经过七年的攻关，前后研发出了三代铷原子钟样机，技术甚至可以和当时的国际水平比肩。

而他研发的则何况铷原子钟被装在了很多国防任务上，比如超长波导航、潜艇导航、远程导弹发射、通信卫星发射。

1977年的时候，王育竹已经四十五岁，这个时候的他又开始寻找起了新的研究方向。

在翻越资料的时候，他注意到了1975年发表的一篇论文，在论文中提到了激光冷却原子的多普勒冷却机制。

受到这篇论文的启发，王育竹将冷原子引入到原子钟进行研究。

两年后王育竹提出了全新的原子钟机制——激光冷却气体原子机制。

在1980年的时候，一个国际激光会议上，这个全新机制却遭遇到了外国专家的冷嘲热讽，说这个机制根本就行不通。

当然新机制，是需要实验来证明的，但受限于实验条件所限，没能进行实验，直到1993年的时候，王育竹才完成了积分球激光冷却原子束的实验（注：这仅仅是这个机制一部分实验而已）。

非常可惜，王育竹提出的这个全新的机制要比国外早了五年到十年的时间。