時間是我們生活中最基本也最重要的概念之一，它影響著我們的日常活動、科學研究、社會發展等各個方面。
然而，你知道嗎？時間並不是一個固定不變的東西，它可以被測量、調整、甚至重新定義。
近日，據香港知名國際媒體《南華早報》訊息稱，中國科學家建造超精確時鐘：他們使用超冷鍶原子和強鐳射，製造了一個穩定性和不確定度都低於5千億分之一的光學時鐘，可以在70億年內只失去或增加一秒。
這項來自中國的最新科學成果，它有可能改變我們對時間的認識和使用，讓我們的世界變得更加精確和高效。
什麼是光學鍾？
時鐘是人類測量時間的工具，也是科學研究的基礎裝置。
我們常用的時鐘有各種形式，比如日晷、擺鐘、石英鐘、電子鐘等，它們都利用了某種週期性的物理現象，來產生規律的“滴答”聲，從而計算時間的流逝。
然而，這些時鐘的精度都受到了各種因素的影響，比如溫度、溼度、重力、磁場等，它們會導致時鐘的走時出現誤差，使得時間的測量不夠準確。
為了提高時間的精度，科學家們在20世紀中葉發明了原子鐘，它利用銫原子在兩種能級之間躍遷時發射或吸收的微波輻射，來確定一秒的長度。
目前，國際上通用的時間標準是由原子鐘提供的，它的精度相當於每3000萬年才會多走或少走一秒。
這聽起來已經非常驚人了，但是對於一些對時間測量要求更高的領域，比如基礎物理學、引力波探測、暗物質搜尋等，原子鐘的精度仍然不夠。原子鐘的精度受到微波頻率的限制，無法達到更高的水平。
為了突破這一瓶頸，科學家們開始研究光學鍾，它使用鐳射光束來驅動原子的電子躍遷，從而實現更高頻率的“滴答”聲。
光學鐘的精度比原子鐘高出兩個數量級，相當於每300億年才會多走或少走一秒。這意味著，如果光學鍾在宇宙大爆炸之後就開始計時，到現在它的誤差也不會超過一秒。
光學鐘的精度已經超出了人類的想象，它可以讓我們觀察到一些原子鐘無法檢測到的微妙的物理效應，比如相對論的時間膨脹、地球的引力場變化、宇宙的膨脹速度等。
中國科學家在光學鍾領域的最新進展
中國科學技術大學的潘建偉教授領導的團隊，在光學鍾領域取得了突破性的進展。
他們利用超冷鍶原子和超穩定鐳射，構建了一種基於光學晶格的光學鍾，其穩定性和不確定度均達到了5分之一萬億分之一的水平。這一成果讓中國成為繼美國之後，全球第二個擁有如此精密計時技術的國家，也為未來重新定義秒這一基本時間單位邁出了重要的一步。
他們還在新疆省的兩個站點之間，透過空氣傳輸了精確的鐳射脈衝，實現了113公里距離的光學鍾同步，創造了世界紀錄。這一成果為未來建立地面和衛星之間的光學鍾網路奠定了重要基礎。
光學鍾網路的建立，將使不同地點的光學鍾之間能夠進行精確的比較和校準，從而為重新定義秒提供可靠的資料支援。
除了中國，其他國家和地區也在積極開展光學鐘的研究和應用。
例如，美國科羅拉多大學的葉軍教授領導的團隊，製造了一種基於鍶原子的光學鍾，其精度略高於中國的光學鍾，其執行也更加穩定。
日本的東京大學和理化學研究所，以及德國的國家計量研究所，也在開發自己的光學鍾。預計到2030年，國際上將會用光學鍾來重新定義秒，從而提高時間的精度和一致性。
光學鐘的應用前景
光學鐘的應用前景非常廣闊，它不僅能夠推動基礎科學的發展，還能夠為關鍵的基礎設施提供更高精度的服務。
例如，它能夠顯著提升全球導航衛星系統的定位精度，幫助構建基於量子金鑰分發的高安全通訊網路，改善電力網的同步和效率，甚至在國防和安全領域發揮重要作用。
光學鍾還能夠讓我們觀察到一些原子鐘無法檢測到的微妙的物理效應，比如相對論的時間膨脹、地球的引力場變化、宇宙的膨脹速度等。
這些效應可以用來測試基礎物理學的理論，探測引力波和暗物質，甚至揭示宇宙的起源和命運。
期待中國科學家在光學鍾領域更進一步，為全球相關高精尖技術的發展添磚加瓦！
