科学家为什么要研究原子钟？

求精度，做校准，GPS等方面。

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一般而言原子钟是计算时间比较精确的玩意！皮秒级都需要用到它！

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是为了更好的做实验吧。其他没什么大用。

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下游应用领域发展迅速助力原子钟市场加快实现产业化

原子钟，作为一种计时装置，主要利用原子吸收或释放能量时发出的电磁波来进行计时，计时精度达到每2000万年误差1秒，是目前全球最准确的计时工具。从产业链角度来看，原子钟的上游原材料主要包括电子元器件、模具、芯片、金属制品等；而下游应用领域主要集中在军工电子、时间基准、信息通讯、卫星导航、天文地理测绘以及精密仪器校准等领域。

根据新思界产业研究中心发布的《2020-2025年原子钟行业深度分析及＂十四五＂发展规划指导报告》显示，近年来，随着我国经济的持续发展，国防科技投资力度的不断加大，原子钟作为电子信息制造业的关键及核心领域，其市场需求增长空间巨大。在需求端，从2015年的2.3万套发展到2019年，我国原子钟行业需求量增长至4.1万套，年均复合增长率达到15.6%。需求扩大促使其市场参与主体增加，进而带动产量增长。在供给端，从2015年的2.4万套发展到2019年，我国原子钟产量达到4.0万套。年均复合增长率达到13.6%。可以看出，我国原子钟市场供需基本平衡，且未来仍有增长潜能。

近年来，随着下游应用市场需求的不断增长，我国原子钟行业市场规模也随之逐年扩大，从2015年的5.2亿元发展到2019年已经增长至6.5亿元左右，年均复合增长率达到5.8%。而从细分市场来看，在我国，原子钟产品应用领域主要分为军用和民用两大类，其中军用原子钟市场规模在2019年达到3.8亿元，较上一年增长5.6%，占据着总规模超过60%的比重；而在民用领域，随着我国移动通信、飞机船舶等产业规模的逐渐扩大，民用原子钟市场规模增长迅速，在2019年达到2.7亿元，较上一年增长17.4%。占比也较上一年提升了2个百分点，民用原子钟市场发展潜力巨大。

另外，根据内部元素的不同，原子钟可以分为氢原子钟、铷原子钟、铯原子钟、CPT原子钟这四种，其中铷原子钟是现阶段世界产量规模最大、应用最广泛的原子钟。目前在我国已经形成了少数具有一定生产规模的研究院所和企业，包括北京大学、航天203所以及成都天奥电子等。其中成都天奥电子作为我国铷原子钟产业中的领头企业，拥有的相关技术已经接近国际领先水平，市场竞争力强劲。

新思界行业分析人士表示，近年来，我国出台了多项政策加大对高精尖领域技术的扶持力度，而原子钟作为其中之一，同样也受到了国家政策的持续利好，市场持续快速发展。现阶段，我国正在大力发展北斗卫星行业，再加上未来5G通信的逐渐商用，市场对原子钟应用需求将不断扩大，有望助力市场进一步实现产业化发展。

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现代科技需要，平民百姓无用

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什么是时间，？年复一年，日复一日，科学家说的准吗？研究原子钟，探知地球自转，太阳直谢接触面，太阳照谢地球东边就白天，西边就是夜晚，计时六十甲子记流年！现代超级计算机能证明时间吗？

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赞同盈博天宇的观点。

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非常感谢“用户2336299810466”的信任和邀请。

其实这个问题也好理解：为了更精确地测量时间。

回顾一下历史其实人在不断进化的过程中就开始慢慢去尝试测量时间啦。

原始人，应该是跟动物差不多，至少是知道白天和黑天。

等到人从原始社会慢慢进入到文明社会人开始从太阳月亮的运动中寻找测量时间的方法：比如中国的日晷。

后来慢慢的人们根据太阳的运动和月亮的运动，分别发展出来：太阳历和月亮历，又根据地球绕太阳公转的时间把一年定义为365天，根据地球自转的一周的时间定义为一天。

为了更细致的去区分一天的时间，人们不约而同的把一天的时间分成了12等分。然后又去发明了测量每个等分之间间隔的方法。

其实那时候想精确测定一天、一年都是很困难的。现在无法想象，建立相对精确的天和年究竟我们人类付出了多少的努力。

但毕竟人还是很聪明的，后来发明了很多方法。咱们还是说种吧。

种类太多，咱们就拿几个比较熟悉的。先说说日晷。这玩意其实主要看一天内影子的长度。其实想精确点，这就需要非常有经验的人。所以，这玩意其实实用性并不是很大，只能给那些有权有势的人用，还得安排懂技术的人看着。

沙漏、水漏。这玩意，谁能保证肯定准？估计误差不会小，但是应该是比日晷高。最关键的是，这玩意基本上不用人看着。应该说是一个巨大的进步。

后来人们发现了某些运动具有等时性的特点，那些搞科学、搞技术的人就利用某些周期性的运动来测量时间：比如单摆的等时性。老郭家里还有一个挂钟就是这种。

随着科学的发展，科学家发现了更多的等时性运动。比如老郭小时候用的石英表，现在还有很多腕表都是石英表。这种表示利用石英晶体在通电后震荡的周期性制作的，测量时间的精度已经非常高了。

这之后还有光钟，等到现在，科学家更是发现了更精确的原子钟。就是利用

原子轨道上的电子，稳定的周期性释放出光子的特性来进一步提高时间的测量精度。

那么制作这么高精度的原子钟究竟有什么实际意义呢？我们普通的日常生活中，如果精确到秒，我们已经感觉上很精确了，够用了。

这其实主要是因为很多需要高精度的应用。比如咱们现在的GPS，因为有引力效应和相对论效应，会导致时间测量上的误差，而一天内，这个误差积累起来，足够让地面的测量精度差出去上百公里以上。所以，如果想让GPS可以成为一个能够应用的系统，必须保证测量误差在允许范围内，这就要求非常高的时间测量精度。这就对时间的测量提出了非常高的要求。

可以说，没有原子钟就没有我们的北斗导航。相信，随着科学技术的进步，今后还会有精度更高的时钟出现。

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古人最早以天文现象来计时，即太阳的东升西落为一天，后来又总结出月亮围绕地球运行一周为一月，地球围绕太阳运行一周为一年，在计时工具上则发明了日晷、沙漏等，其计时精度很差，但在当时的社会生产条件下已基本够用了。

不过随着科技的发展，人类社会对计时的精度要求也越来越高，于是又发明了机械钟表，电子表等，近几十年来，计时参考开始对照原子内部的规律性运动，比如原子的振荡频率，其惊人的稳定节奏使得计时变得极为精确，于是原子钟诞生了。

原子钟利用的是原子中电子的能量跃迁来计时的，科学家早就发现了原子中的电子在特定的能级上只能携带一定量的能量。70年前就有科学家提出了计时方面的原子分离振荡法，就是把原子的振荡频率提取出来作为计时器的运动周期，为了使原子中的电子从一个能级到达另一个能级，可以用恰当频率的激光照射原子激发电子的能量跃迁实现电磁波振荡的速率，因为原子的结构十分稳定，周期运动的时间间隔很小，得出其振荡频率后用它计时的计时器就叫做原子钟。

现在很多高科技领域都需要精确的计时，使用的都是原子钟，比如卫星导航系统，原子钟是通过电子等微观粒子的跃迁节奏确定时间的，铯原子、氢原子、汞原子、铷原子、锶原子等都已经被科学家广泛用于研制原子钟。有人已经将铯原子钟做到了2，000万年误差一秒，而几年前我国天宫二号上放置的冷原子钟则做到了3，000万年误差一秒。

3000万年才差一秒，原子钟足够精确了吧！然而它还并非是目前最精确的，已有光学原子钟可以做到运行一二百亿年也不会差一秒，或者说从宇宙诞生开始一直运行到今天，它的误差也不会超过一秒。

这样的计时精确度足够高了吧？然而科学家们并没有停下脚步，仍然在向着更高的计时精度努力，如今世界顶尖的计时研究专家正在研制一种比原子钟更精确的时钟——核钟，理论上讲它的精度可以达到光学研制中的至少10倍以上，可将计时的精确度推向新的极致。

那么核钟是依靠什么来实现更高的精度的呢？科学家发现原子核里的质子和中子虽然被强核力捆绑在一起，但本质上也像电子一样占据着不连续的能级，因此理论上也可以利用原子核的物理特性制造出计时精度更高的核钟，而由于原子核能够抵御会干扰原子钟的杂散电场或磁场的影响，物理学认为原子核能级之间的跃迁要比电子更具规律性和稳定性，因此理论上讲核钟将比原子钟将更精确，更稳定，可达我国冷原子钟精确度的数百倍。

那么又如何激发原子核的能量跃迁呢？对大部分的元素来说，能够激发电子实现能量跃迁的激光无法激发他它们实现能量跃迁的，但是在不断地研究与探索中，科学家发现钍-229元素中有一对能量足够接近的相邻能级，用激光就可能引发它的跃迁，因此科学家们认为是可以制造出钍-299核钟的，它的精确度就要比光子原子钟强十倍，预估在未来数年内将可以制造出这种核钟，它可以在上千亿年的时间幅度内误差不超过一秒，在宇宙诞生至今的138亿年的时间中，它的运行误差幅度也不过才1/10秒。

更精确的计时器将会推动诸多高科技领域的发展以及多学科科学研究向着更高层次进步。

参考资料：

中科院物理研究所官方账号“中科院物理所”6月19日文章《比原子钟更精确的是？》

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