東京大學(xué)工程學(xué)研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)高精度時(shí)鐘：300億年內(nèi)僅有1秒誤差|日本留學(xué)

736 2024-12-21 10:09

隨著科技的不斷進(jìn)步，時(shí)鐘的精度得到了前所未有的提升，這不僅意味著時(shí)間測(cè)量的革命，還為全球定位系統(tǒng)（GPS）、地震預(yù)測(cè)、海平面上升觀測(cè)等科學(xué)研究提供了更精確的時(shí)間基準(zhǔn)。東京大學(xué)工程學(xué)研究生院的香取秀俊教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)成功研制出一種新型高精度時(shí)鐘——“光學(xué)晶格時(shí)鐘”，將時(shí)間測(cè)量的準(zhǔn)確性提高了約1000倍。

光學(xué)晶格時(shí)鐘：精度的飛躍

背景：當(dāng)前世界標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間基于量子技術(shù)的原子鐘，銫原子鐘能夠達(dá)到每3千萬(wàn)年僅一秒誤差的精度。

創(chuàng)新：香取教授團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的光學(xué)晶格時(shí)鐘使用光頻而非微波來(lái)測(cè)量時(shí)間，其振蕩頻率約為微波的10萬(wàn)倍，從而實(shí)現(xiàn)了更高的測(cè)量精度。2014年完成的終極版本達(dá)到了驚人的精度——在300億年內(nèi)僅有1秒的誤差。

應(yīng)用前景：從GPS到廣義相對(duì)論驗(yàn)證

全球定位系統(tǒng)（GPS）：提高時(shí)鐘精度可顯著增強(qiáng)GPS系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，減少衛(wèi)星信號(hào)傳輸時(shí)間誤差對(duì)位置計(jì)算的影響。

地球科學(xué)：有助于地震預(yù)測(cè)研究及監(jiān)測(cè)全球變暖導(dǎo)致的海平面上升等現(xiàn)象。

相對(duì)論驗(yàn)證：通過(guò)在東京天空樹(shù)（Tokyo Skytree）上設(shè)置兩個(gè)不同高度的光學(xué)晶格時(shí)鐘，成功驗(yàn)證了愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論中關(guān)于重力如何影響時(shí)空的理論。

技術(shù)挑戰(zhàn)與未來(lái)方向

為了使光學(xué)晶格時(shí)鐘應(yīng)用于實(shí)際場(chǎng)景，如安裝于衛(wèi)星上，必須解決設(shè)備小型化的問(wèn)題。香取教授及其團(tuán)隊(duì)通過(guò)集成激光設(shè)備等方法，已將時(shí)鐘體積大幅縮小至適合室外使用的尺寸。此外，島津公司正在進(jìn)行商業(yè)化開(kāi)發(fā)，旨在推動(dòng)這一先進(jìn)技術(shù)進(jìn)入市場(chǎng)。

展望2030：重新定義“秒”

預(yù)計(jì)在2030年的國(guó)際度量衡大會(huì)上，“光學(xué)晶格時(shí)鐘”有望成為重新定義秒和其他基本單位的關(guān)鍵技術(shù)，引領(lǐng)我們進(jìn)入一個(gè)更加精確的時(shí)間測(cè)量時(shí)代。

香取教授堅(jiān)信：“研究就是要開(kāi)辟新領(lǐng)域，創(chuàng)造新價(jià)值?！彼墓ぷ髯C明了這一點(diǎn)，并將繼續(xù)激勵(lì)著更多科學(xué)家追求卓越，探索未知。

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