一秒鐘是多長時間呢？

原標題：一秒鐘是多長時間呢？

1967年，世界各地的科研人員齊聚一堂，共同研究一個困擾學界已久的問題：一秒究竟多長呢？乍聽之下似乎答案很明顯，一秒不就是時鐘滴答一聲，鐘擺擺動一下，數一個數花費的時間。但這些測量方法精確嗎？時長又是基於什麼而定的呢？我們如何科學地定義「秒」這個最基礎的時間單位呢？

人類歷史上很長的一段時間，古代文明都在使用一種記錄夜空穩步變化的特殊日曆來計時。事實上，直到16世紀，隨著英國殖民主義發展，公曆得以在全球普及這才有了秒這個概念。公曆將一天定義為地球繞軸自轉一周，一天分為24小時，每小時60分鐘，一分鐘60秒。

然而最開始，秒更像一個數學概念，而非實用的時間單位。在鄉村，靠天和小時計時就已經夠用了。直到四通八達的高速鐵路將人類社會緊密聯繫起來，城市之間才需要在精準計時方面達成一致。到了20世紀50年代，無數的全球體系要求每一秒鐘都要準確計算，每秒鐘都要儘可能地精準。

那麼還有什麼能比原子標度更精準呢？早在1955年，科研人員就開始開發原子鐘了，這種時鐘基於物理學的不變性原理為計時打下了新的基礎。原子內帶負電荷的電子周期性地繞帶正電荷的原子核轉動。量子力學定律將電子保持在固定的距離，但如果原子暴露在電磁場中如光或無線電波，電子的朝向會受到輕微干擾。如果按照正確的頻率，短暫地拉扯電子，就能創造出像嘀嗒擺動的鐘擺一樣的震動。一般的鐘擺能量衰減地很快，但電子卻能運轉幾百年之久。為了保持一致，並更易於測量電子的擺動，科研人員將原子汽化把其轉化為一種交互性低且穩定的狀態。但這並未減緩原子驚人的運轉速度。一些原子可以每秒振蕩超90億次，原子鐘因而具備無與倫比的計時精準度。由於特定元素的同位素的每個原子完全相同，兩個科研人員使用相同元素和相同的電磁波應該可以製作出完全一致的鐘表。

但原子計時完全實現之前，各國首先要找出哪個原子最好用。1967年，第十三屆國際度量衡委員會大會便是圍繞這個問題展開的。元素周期表上有118種元素，每種元素都有其獨特的特性。對於計時這項任務，科研人員的要求有如下幾點：這種元素的原子振蕩需要持久且高頻，這樣才能精準長期地計時。為了便於追蹤其振蕩，這種元素的量子自旋——即電子旋轉所繞的軸的方向——和一種簡單的能級結構——即活性電子少且狀態易辨認，都需要可靠易測。最後，還要容易汽化。

那麼獲勝的是哪種原子呢？銫-133。銫原子此前就已經是原子鐘研究的大熱元素之一。到了1968年，在市面上已經可以買到一些銫原子鐘了。最後要做的就是決定銫原子擺動多少下算作一秒鐘。大會使用了當時最精密的天文測量方法計算一秒的長度——由一年中的天數開始，往下進行時間分割。對比原子的擺動速度，最終確定一秒鐘為銫-133號原子正好擺動9,192,631,770次的用時。

如今，原子鐘風靡全球——甚至用到了太空。從無線電信號發射器到定位衛星，這些設備全部協調同步用於維持時間的全球一致性——且精準度無可比擬。