时间测量精度迅猛提升

物理学家们正竞相测量时间——甚至考虑重新定义“秒”。 顶尖实验室测量时间的精度已达到惊人的水平——精确到十亿分之一的十亿分之一秒（即10⁻¹⁸秒）。这一精度比目前用于确立全球时间基准，即协调国际标准时间的时钟还要高出一百倍。 今天的法国世界报说，尽管现有系统已能实现小数点后16位的精度，但顶尖实验室如今已能更进一步。这种精度的提升，例如，将有助于探测地震等引力相关事件。

北斗系统由约30颗卫星组成的网络运行，与美国的全球定位系统（GPS）、俄罗斯的格洛纳斯（GLONASS）以及欧盟的伽利略（Galileo）系统展开竞争 AFP 一微秒的偏差，就可能导致卫星定位误差超过100米， 因此，对精度的追求意义重大。当前的性能水平已促使人们考虑重新定义“秒”这一时间单位。 在时间与频率实验室 LTE，来自法国国家计量与测试实验室（LNE）的研究员勒塔尔加正与同事们合作研制一种*可移动式*镱原子钟。他们的目标并非制造腕表，而是利用爱因斯坦广义相对论中的理论预言。根据该理论，时间的流逝取决于引力场。 位于埃菲尔铁塔底部的节拍器，其走时节奏比塔顶的节拍器要慢。原子频率也是如此，会随海拔高度的变化而改变。若具备16位数的精度，便能测量出小至一米的海拔高度差。 由此将诞生一个新领域：计时大地测量学。事实上，德国、日本和美国已迈出了初步步伐，利用可移动式原子钟在相距遥远的实验室之间进行了海拔高度测量。 勒塔尔加还设想了其他用途，例如探测会导致海拔高度改变的突发性“引力”事件（如地震）。“这一切都彰显了量子力学的魅力，它能带来非常具体、实用的应用，”这位研究人员说道。 他在 LTE（法国国家计量测试实验室时间频率部门）的同事波蒂也设想让他的超稳定网络成为 GPS、伽利略（Galileo）和格洛纳斯（GLONASS）系统的替代方案。目标并非地理定位，而是提供全球统一的时间基准。他将欧洲核子研究中心（CERN，欧洲粒子物理实验室）开发的技术整合到了光纤线路中；这使得数据包能够携带时间戳，其精度比互联网目前使用的时间戳高出一百万倍——从而达到与卫星时钟相当的同步精度。 但这还不是全部。世界报问，不同质量的物体下落速度相同吗？光速在各个方向上都一样吗？常数真的恒定不变吗？无论身处何地，物理定律真的都一样吗？回答这些基本问题需要极高的精度。在地球轨道上进行的“显微镜”（Microscope）实验证实了自由落体定律的普遍性。自2025年4月起搭载于国际空间站的“法老”（Pharao）原子钟，目前正与地面上的同类设备进行比对。光速的“方向性”效应也正在光纤网络中接受评估…… 2018年甚至成功进行了一项非预期的实验，利用了一次导致两颗“伽利略”卫星进入错误轨道的失误。由此产生的高度差，使得比较处于不同高度的星载原子钟成为可能。 这一情况正推动着技术的进一步发展。通过利用基于更微妙量子特性的复杂光束（而非传统激光），或许能够消除残留的测量干扰。 其他系统（如核钟）也展现出了巨大的潜力，尽管目前它们的发展尚处于相对滞后的阶段。法国国家科学研究中心研究员塞巴斯蒂安·比兹列举说，“我非常欣赏这一领域所蕴含的独特魅力。我们从事的是极致精密的谱学研究。我们力求消除一切干扰，并量化每一次测量的不确定性。我们稳定激光，探索物理理论的基石…，归根结底，我们的系统最终为广大群众服务的。”