怎样定出一秒？了解时间的科普知识！

一秒是怎么定出来的

秒，是人们日常生活中计量时间的最小单位，我们熟悉它就像熟悉千克和米一样，没有谁不用到它。可是多长时间算1秒?转瞬即逝的1秒又是怎样定出来的呢?这倒是一个有趣的问题。

也许有人会说，1秒不就是钟表“嘀嗒”一响的时间吗?不错，一般说来嘀嗒一响的时间是1秒。但是对于几个钟嘀嗒一响的时间是否都一样?就是同一个比较好的钟表，在冬季、夏季、早晨、晚上嘀嗒一响的时间是否也都一样?通过精密的测量知道，它们并不都一样。

实践证明了，几个钟的秒长不都二样。同一个钟的秒长也随时间而变化，那么，究竟以那个秒长为准呢?世界上没有一个共同的秒长，在时向上就不可能有共同的语言。

秒，能不能像米、千克一样，国际上统一制造一个“原器”，大家都用它来校准。

我们知道，人们所用的米、千克开始都是由铂铱合金制成的“国际原器”传递下来的，这些原器存放在专门的地方:四季温度不变，震动冲击减到最小……

时间呢?既看不见，又摸不着，也锁不住，那么时间原器在那里呢?

大自然为人类提供了生养休息的场所，也为人类提供了原始的时间基准。人们还是先从宏观世界着眼，研究地球的自转和公转来确定秒长。随着人类的认识深入到微观世界，发明了原子钟以后，才确实能像米、千克的国际原器一样，将标准的秒长保存在实验室里。

利用地球的自转确定秒长———世界时

阳光投射到地球上，地球又在不停地由西向东旋转着，这就是自然界给人们提供的“巨大的时钟”。和我们一般的钟表不同，这个巨大的时钟在走动的时候，“指针”不动，“表盘”在转动。指针就是地球的两极与太阳决定的一个平面，表盘就是地球本身，地球上的经线就是表盘的刻度。地球自转时，地球上的各点依次经过“指针”，这不就是一个大钟吗?

这个大钟每24小时转一圈，这就是我们最熟悉的时间单位“日”。

有了明确的日长，积累起来就可以算出月长和年长，等分以后就可以得到时、分、秒。于是，秒长就可以用这个大钟来确定了，它是日长的1/86400。现在世界上通用的“世界时”就是按着这种地球自转周期来定义的。

地球自转，太阳不动，根据相对运动的原理，在地球上看太阳，就好像太阳绕地球运动一样。天文工作者把太阳连续两次通过地球表面某一个定点的经线(子午线)所需要的时间定为一天，这就是“真太阳日”，真太阳日的1/86400就是真太阳日的秒长。

但是，地球的公转速度并不是均匀的。因为地球绕太阳运动的轨迹并不是一个圆，而足一个椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上。另外，地球自转轴与地球公转轨道平面也不是垂直的;这使得地球在公转轨道的不同地点反映到太阳的位置变化速度不同。这样;真太阳日就有长有短，最长的是12月23日，最短的是9月16日。真太阳日的长短相差最大达51秒。考虑到这种情况，用真太阳日来确定秒长就显得不够准确了。于是，人们采用真太阳日的平均长度———“平太阳日”来确定秒长。由这样的平太阳日定出的时间基准，我们管它叫零类世界时，记作UT₀。

同样，平太阳日的1/86400分之一就是平太阳日的秒，即零类世界时的秒长，UT₀的秒长。

为此，1886年在法国巴黎召开了一次国际学术会议，接受了美国天文学家纽康的研究成果，得出了“平太阳日”的严格定义，从而引出了世界时的概念。

随着科学技术的发展，人们又认识到，不仅地球公转速度不均匀，而且地球“自转轴”的位置也在变化。使得两极(南极和北极)在地球表面上的位置亦在变化，通常我们管这种现象叫做“极位变化”或“极移”。

极位变化我们能较准地测定出来。比较好的方法是在纬度相同、经度不同的各点设置许多观测站，分析这些观测点提供的测量数据，就可以求得极位变化情况，极位变化的范围约在20平方米的区域内。

变化这么一点就会影响计时精度吗?

会的，因为世界各地经纬度是以极点为原点定出来的，由于极点的移动，必然会使地球各地的经纬度发生变化，相应的时间也会发生变化。由于这种影响在世界各地是不一样的，所以反映在零类世界时UT₀的时间基准的秒长，在世界各地也是不一样的。

使UT₀的秒长在世界各地不同的原因还有:北极并不是永远指北。地球由于受月球的吸引而产生“进动”(地球也受太阳吸引而产生进动，因太阳离我们太远，产生的进动很小)，地球进动的结果，使地轴指向天空的方向不再是一点，而是一个圆。这个圆回转一周的时间是25800年!现在地轴北极指向北极星附近，在12000年以后将指向北半球天空最亮的恒星———织女星附近，那时织女星就成了北极星了。

为了消除极位变化的影响，我们采用一个平均值，称为“平北极”。以平北极为原点定出的世界时，我们称为第一世界时，记为UT₁。

UT₁=UT₀+△λ

这里的△允是对UT₀的修正量。对UT₀修正以后得到的UT₁在世界各地则是相同的。这样，UT₁的秒定义有了更为普遍的意义，便于应用了。

经过上述对极位变化的修正，UT₁的秒长还是不够均匀的。事实证明各种季节性变化仍然对它产生影响。如季风的影响、植物的生长、雷电的分布等随季节而变化的各种因素，都会造成地球自转的季节性变化。

有人计算过季节风;每年夏季从海洋上吹到陆地上，冬季又从大陆移回到海洋，这些风的重量大得难以相信，竟有枷万亿吨!这么大的重量，从一处移到另一处，过一阵又从另一处移回来，地球的重心变化了，结果地球自转速度也就随之而变化了。这种变化是由季节变化的影响而产生的。

修正了季节性变化的UT₁，称为第二世界时，记为UT₂。也可以说，在第一世界时UT₁，上加上修正量厶乃，就是第二世界时，即:

UT₂=UT₁+△Ts=UT₀+△λ+△Ts

第二世界时UT₂部分改善了自转速度的不均匀，使秒长的均匀性有了改善。但由于地球的自转还有不规则变化和长期变化，所以UT₂这个时间基准还是不够理想的。

地球自转的不规则变化，表现在每过几十年地球自转速度会来一次“跳动”，有几年转得快一些，有几年转得慢一些。

地球自转的长期变化表现在最近2000年来，每过100年，使日长增加1.6毫秒，即地球自转有变慢的趋势。

地球自转变慢的原因，有人认为是由潮汐摩擦力引起的，还有人认为与地球两极的自然条件变化有关。近年来已发现地球平均温度有上升的趋势，这样，两极地区巨大的冰川慢慢地融化了，两极的冰块在减少，地球赤道附近的洋面水位上升，地球要保持原来的转速，就要求增加转动力矩。而地球自转的转动力矩，是由太阳、地球、月亮按着它们自己的规律形成的，相对来说是不变的。只有使地球自转速度变慢才能达到力的平衡。当然这样的变化是很微小的，没有精确的仪器是测不出来的。

由此可见，世界时的3种形式:UT₀、UT₁、UT₂都受地球自转中存在的不可预计的和长期变化的影响。

由于上述种种原因，按地球自转制定的世界时的秒长仍有较大的误差，有时可达10^－7量级，相当于每3个半月差1秒。在现代科学技术发展的情况下，这么大的误差是不允许的。另外，在地球自转的基础上修正来修正去，总是不够理想，于是人们又去寻找定义秒长的新方法。

利用地球的公转确定秒长———历书时

大家知道，地球除了自转以外，还有公转。地球绕太阳公转一周的时间就是一年，地球绕太阳公转，也可以想象为一个巨大的时钟。太阳与地球的连线相当于指针，就像一种秒针上带有“小卫星”的闹钟一样。不过“小卫星”转1周的时间是印秒，地球绕太阳转1周的时间却是1年。

诚然，地球公转的速度并非恒定不变，但是地球的公转周期却相当稳定。把地球公转周期的若干分之一定为1秒，这样的秒长也是相当均匀的。

1952年制定了以地球绕太阳的公转周期为基准的计时系统，称为“历书时”，记为ET。

为了把历书时用于实际，在给历书时ET定义时，要考虑ET与UT的衔接，应用时才不致于产生混乱和不必要的麻烦，做法是这样的:

(1)使世界时向历书时过渡时不要产生时刻的中断;

(2)使历书时的秒长与世界时的秒长尽量一致。

根据上面的原则，1960年在采用历书时的时候规定:

历书时的起始时刻是世界时1900年1月1日0时正，在时刻上严格与世界时衔接起来。

历书时的秒即是上述1990年1月1日0时正开始的回归年长度的1/31556925。9747。

由于回归年长度不受地球自转速度的影响，所以历书时的秒长是均匀的。

由于技术上的原因，一般通过观测月亮来测定历书时。在1960～1967年，曾用改良的布朗月历表得到的历书时称为ET0;1968～1971年，使用新的天文常数系统，并对布朗级数的一项错误进行修正后测定的历书时称为ET1;而从1972年至今，研究了布朗级数的新展开式，得到的历书时称为ET2。

历书时在理论上是一种均匀时，但不太容易得到;连续几年的天文观测，才能得到±1×10^－9的精度。

事物总是一分为二的，历书时的秒与世界时的秒比较起来，精度是提高了不少。对于±1×10^－9的精度而言，经过30年的积累才会产生±1秒的误差。但这个精度也不能满足现代科学发展的需要，同时，历书时需要长时间的天文观测，这使得人们又去寻找和定义新的时间基准了。

尽管如此，历书时仍作为一个天文常数保存下来，在大地测量和天文学的研究上，仍然有重要的参考价值。

原子时

1967年第十三届世界度量衡会议上，决定采用原子时，记为AT。

原子时的秒长就是用原子跃迁频率的周期来确定的。

现代原子时的秒长是这样定义的:

铯133原子在基态的两个超精细能级结构间零场跃迁时，幅射频率的9192631770个周期的时间间隔为1秒。

人们习惯于使用世界时，为了不给使用造成麻烦，必须使原子时与世界时很好地衔接起来。

选取1958年1月1日UT₂的0时为原子时的时刻起点，即要求满足:

(AT－UT₂)_1958·0=0

因为技术上的原因，在实现这个规定时只得到了:

(AT－UT₂)_1958·0=0．0039秒

此值做为一个历史常数被保存下来，应用时扣除这微小的修正量就行了。

原子时的秒长是靠我们前面所讨论过的原子钟来复现的，与地球、太阳相比，原子钟的体积小得多了，可以很好地将它保存在实验室里。我们已经知道原子钟的原理，它很少受外界条件的影响，是更为客观更为恒定的时间基准。保存在原子钟里的原子时的秒长容易测定和应用，不需要进行长时间的天文观测。而它酌稳定度和准确度却十分高，一般可达±1×10^－12或更高，正像前面我们已经讲过的那样，相当于30万年差1秒。

协调世界时、闰秒

世界时、历书时、原子时3种计时系统都是通过寻找一个均匀运动周期来定义秒长，由于地球的自转和公转的周期都很长，所以世界时和历书时的秒长是通过对长周期的等分而得到的。而原子跃迁频率的周期很短，所以原子时的秒长是通过对短周期的倍乘而得到的。

另外，我们已经知道UT是以地球自转周期来定义的，而地球自转的速度是不均匀的，所以，严格地说，UT不是“均匀时”。在3种世界时UTo、UT，、UT₂中，UT₂虽然经过了3次修正，比较均匀，但也只能称为“准均匀时”，因为还有地球自转的长期变化和随机跳动无法修正。地球绕太阳公转的周期是均匀的，原子跃迁频率的周期也是均匀的，所以历书时和原子时都可以称为均匀时。

也许有人会问，既然原子时的秒长最精确，那么，世界时和历书时就可以不要了。

其实不是这样。世界时UT和历书时ET还不能废除，因为它们各有各的用处。这3种计时系统之间有区别又有联系，它们之间可以相互换算，但不能互相取代。在某种意义上讲，它们互相补充了对方的不足。

世界时UT与人们的生活联系最密切，若把UT取消了，人们的生活将感到很不方便，在航海、航空上也都离不开UT;正因如此，原子时的时间起点也必须和世界时严格对准。

这3种计时系统如何应用，还要看使用场合。在要求不高时，用世界时UT就可以了。在要求比较高时，就用原子时。历书时一般只在天文、大地测量等场合使用。当然原子时是当代最精确的计时系统。

问题是使用了统一的原子时的秒长以后产生了新的矛盾，因为原子时的秒长与世界时的秒长并不完全相等。时间一长，原子时就偏离了世界时，如从1958年开始建立原子时算起，到1971年年底止的一段时间里，世界时落后于原子时将近10秒，而且差异越来越大，这对使用部门来说意见很大。协商的结果，就产生了“协调世界时”，记为UTC。

协调世界时不是一种独立的计时系统，而是一种服务方法。3种计时系统UT、ET、灯分别保留了各自的定义，在它们之间进行换算或在应用中产生矛盾时，人为地采用一种跳秒的方法来“协调”，以利于应用，这就是“协调世界时”的实质。

一般来说，我们使协调世界时的秒长，忠实地反映原子时的秒长，规定在|UTC－UT|〉0.9秒(1974年以前是0.7秒)时，做1秒的整数跳动，称为闰秒。闰秒由国际时间局(BIH)通知，一般在每年的元旦进行。如仍不够，则在7月1日再闰一次。

这种协调世界时从1972年1月1日开始实行。1971年12月31日做了－0.107758秒的特殊跳秒，这样到1972年1月1日时，AT与UTC整差10秒，也作为一个历史常数保存下来。

协调世界时，可以这样来理解:时刻用世界时的，方便使用;时间间隔(即秒长)采用原子时的，提高精度。这样做协调时就要偏离世界时，再采用闰秒的方法来修正。

当然，闰秒这种办法也不是没有缺点的，有时，闰秒会搅乱计时系统的连续工作，所以要求取消闰秒的呼声正在增长。

就是为了确定这短短的1秒钟，人们不知道花费了多少辛勤的劳动，开了多少次国际性专业会议，并建立专门的国际机构来研究它。比如在1954年第十届国际度量衡会议上，专门成立了“秒定义咨询委员会”……经过人们长期的努力，使秒的定义逐步完善起来。虽然如此，直到现在为止，关于秒的定义问题仍有许多理论和技术上的问题有待进一步解决。

协调时间的国际组织

为了有效地协调时间工作，国际上先后成立了一些专门组织和机构，它们按照各自的需要、能力、官方要求和传统习惯，分别关心时间领域中不同方面的问题，从而形成了一个复杂的系统。在这里，我们不可能详尽说明它们的活动情况，只能就它们的主要任务作一简要介绍。

协调时间(包括频率)服务工作的国际组织，通常分为政府间组织和非政府间组织两大类。前者一般都得到各国政府的某种形式的官方支持，而对于后者，这种支持则是很间接的。(www.xing528.com)

政府间的组织有:

(1)国际计量大会(CGPM)

这是有政府代表参加的国际会议。国际米制公约就是由它签署和修订的。

(2)国际计量委员会(CIPM)

它是国际计量大会闭会期间的行政机构。

(3)国际计量局(BIPM)

国际计量大会和国际计量委员会的执行机构及实验室。

(4)秒定义咨询委员会(CCDS)

创建于1956年，由国际计量委员会提名的科学家组成。

(5)国际电信联盟(ITU)

由各成员国主管部门的官员和电信专家组成。

(6)国际无线电咨询委员会(CCIR)

国际电信联盟中负责处理无线电通信业务的咨询机构。它的第七研究组负责处理标准时间和频率发播业务。目前无线电授时中的许多规程都是由它制订的。

非政府间的组织主要有:

(1)国际科学联盟(ICSU)

它相当于国际上各学术团体之间的总协调局。

(2)国际天文学会(IAU)

在1919年成立初期主要处理时间方面的协调问题。目前则通过它的第31委员会在时间方面发挥作用。

(3)国际无线电科学协会(URSI)

负责处理无线电科学中的各种问题。它的A组(电磁学计量组)中包含时间计量。

(4)国际时间局(BIH)

它是国际原子时(TA)、协调世界时(UTC)和世界时(UT₁)等时间标准的负责机构，也是目前国际上在时间工作中仅有的一个常设机构。

寻找不变的秒长

前面说过，平太阳时是不均匀的，它的秒长可伸可缩，是一种“橡皮秒”。诚然，这种伸缩程度很小，甚至在我们的日常生活中难以觉察出来，但是，它对于某些精密科学测量来说，是绝对不能允许的。于是，人们不得不继续探索，以便寻找一种不变的秒长标准。

在本世纪初期，原子物理学和量子力学都处于发展的初始阶段，人们对于微观世界的认识水平还很肤浅;天文学家仍然在宏观世界寻找更好的时间计量标准。

天文学家由长期的天文观测发现，虽然地球公转速度在一年中的不同季节是变化的，但它公转一周的时间却相当稳定，他们推想，如果把地球公转周期的若干分之一定为一秒，这样的秒长或许会相当均匀。

但是，要得到这样的时间，必须精确地掌握地球公转运动规律。就是说，必须精确地测量太阳的周年视运动情况。

早在19世纪末，纽康就根据地球绕太阳的公转运动编制了一份太阳历表。在这份历表中，纽康按天体力学定律，采用所谓“牛顿时间”(即理想均匀的时间)，计算并列出了太阳的位置。在这种理想的时间系统中，每给定一个时刻，就能由表查出太阳的一个相应位置。

既然如此，那么能不能把问题反过来，由观测到的太阳位置反推出这一位置所对应的均匀时间呢?

至少在理论上说，这样做是可能的。国际天文学会经过论证之后，于1956年决定以纽康太阳历表为基础定义了一种理想的时间尺度，这就是学术界所说的“历书时”。它的秒长等于1960年1月1日0时正回归年长度的1/31556925.9747。国际上还规定，从1960年开始，由历书时取代平太阳时作为基本的时间计量标准。

这样，我们就在理论上有了一个均匀不变的秒长单位。但实际上要得到这样的秒长是相当困难的，因为观测太阳比较困难，人们只能通过观测月亮等其他天体来测定历书时。

月亮是一个视圆面比较大的天体，边缘又不十分整齐，用现代子午环、中星仪和月亮照相仪等天文仪器，经过几年观测，所得历书时的精度，只能达到10^－9量级;比平太，阳时精度只高不到十倍，仍然不能满足现代科学技术对于时间精度的要求。

把原子套在时钟上

至此，我们大体按照事物发展的本来顺序，介绍了人类从宏观世界物质运动规律开始，认识和测量时间的发展历史。我们看到，人类在长期“日出而作，日人而息”的过程中，逐步产生了“日”的概念;又从月亮缺而复圆中认识了较长的时间单位———月;当人类知道太阳是一颗恒星以后，地球运动周期便成了计量时间的科学标准。在这漫长的岁月里，人类曾发明了日规、滴漏和各式各样巧夺天工的的钟来测定较短的时间间隔。随着物理学的发展，人们学会把单摆吊在时钟上，做出了摆钟，提高了计时精度;此后，又用石英晶体振荡牵引时钟钟面，做出了石英钟，使计时精度又有很大提高。这些时钟所测定的时间都以天体宏观运动周期为标准，而天体运动周期又是由天文观测测定的。因此，长期以来，人们习惯于把时间工作同天文学联系在一起，原因就在这里。

在现代科学技术条件下，人类对于宏观世界的认识已经远远超过人们的视界范围，扩展到更加遥远的恒星、星系、星系团、类星体……达到100亿光年以上的天区。诚然，这是一个了不起的进步，但是，我们不能不看到，人类目前对于各种天体运动规律的认识，还远远没有达到尽善尽美的程度，即使对于人类自己生活起居的地球，也还没有完全搞清它的运动规律。

在这样的情况下，通过天文观测测定时间就遇到两个方面的困难;

首先是理论上的困难，即尚未搞清时间测量赖以为基础的天体运动规律;其次是技术上的困难，天体的光线经过地球大气到达观测仪器，大气对星光的折射大大限制了地面观测精度。目前，在地面上利用光学望远镜观测恒星测定世界时，其精度只能达到千分之几秒的水平。

当宏观时间标准(天体运动)不能适应科学发展需要的时候，人类的认识又向着另一个方面———微观世界发展，开始了认识和测量时间的又一个新进程。

我们知道，在宏观世界里找不到完全相同的个体。全世界有40几亿人口，那就是40几亿个模样，即使是孪生兄弟，看起来相似，但仔细观察，总可以找出差异。同一厂家，用同一类元器件生产的某种电气产品，外观上可以一模一样，质量却会各有优劣。

但是在微观世界里，情况却恰恰相反，有许多东西是完全相同的。你不可能把一个电子同另一个电子区别开来，也不可能找出同一种元素的原子之间有什么不同。这不是因为测量仪器粗疏，而是它们的确完全相同，原则上无法把它们区别开采。

人们已经认识了微观世界里的分子、原子、原子核、基本粒子……它们小到10^－13厘米，我们用肉眼是无论如何也看不到它们的。

原子虽然很小，但它内部却是一个复杂的世界。每个原子都有一个原子核，核外分层排布着高速运转的电子。当原子(或分子)受到x射线或其他电磁辐射时，它的轨道电子可以从一个位置跳到另一个位置(物理学上称此为“跃迁”)，还可以改变方向，或者像弹簧拉着的小球那样不住地跳动。跃迁时，原子将吸收或释放出一定能量的电磁波。这类电磁波在本质上同单摆一样，也是一种周期运动，只是它振动的周期更短(每秒钟竟能达几十亿次)、更精确、更稳定罢了。

既然如此，我们能不能像制造摆钟那样，把原子套到时钟上，利用它的振荡做出原子钟呢?

这是20世纪初期物理学家们热烈讨论的课题。1927年，伟大的生物学家、进化论发现者达尔文的后代G·达尔文第一个从理论上探讨了这个问题，接着，美国物理学家弗浦斯和佛里奇等人进行了试验。1936年，哥伦比亚大学的拉比教授根据这些实验提出了获得原子跃迁振荡频率的基本理论和方法，初步显示出利用原子振荡频率控制时钟的可能性。遗憾的是，这些实验和研究由于第二次世界大战的影响中断了数年。

二次大战后，有关的实验和研究工作迅速恢复和发展。1949年，美国国家标准局首先利用氨分子跃迁做出了氨分子钟。5年以后，英国皇家物理实验室终于把铯原子套到了时钟上，做成世界上第一架铯原子钟。此后，其他类型的原子钟相继问世，其中主要有氢原子钟和铷原子钟。由原子钟给出的时间叫原子时，专业书上记为AT，它是英文名称AtomicTime的缩写。

新的挑战

宇宙是无穷无尽的，人们对于它的认识不会停留在一个水平上。同其他任何一个学科领域一样，时间计量科学也随科学技术的进步而不断地向前发展着。

事实上，在原子钟取得定义时间的统治地位以后，时间工作者并未因此而满足、止步。他们在进一步改善现有原子钟各项性能指标的同时，又积极探索新的计时标准，开始了新的“长征”。

根据当前实验室工作和理论分析提出的新原理、新方法主要有:利用铊元素研制铊原子钟，利用镁或钙的亚毫米束研制镁或钙原子钟，利用离子的特殊结构研制“离子钟”，利用激光频率标准研制“光子钟”。

在这些新探索中，光子钟具有很大潜力，它正向铯原子钟提出挑战。

我们知道，光本身也是一种电磁波。它的频率比无线电波段的频率要高得多。按照理论分析，激光频率的稳定度要比铯标准高3个数量级，用它做成光子钟，时间计量精度又可以在目前的水平上再提高1000倍。这又将是一次重大的变革。

当然，实现这场变革的困难是很多的。但是，科学家从来不惧怕科学实验中的困难，他们也从来不会绕开困难走。“科学有险阻，苦战能过关。”目前，他们正在埋头苦干，实验室的试验已经取得了初步成果，变革的曙光已经露出地平线。

实现这场变革以后会产生一些什么结果，它将给计量科学带来怎样的影响?在光子钟做成之前，我们还难以作出详尽的具体的描述，但是，我们可以从理论上推测它可能提出的新问题。

我们知道，时间、长度和质量是三个基本物理量，其他物理量，例如速度、温度、照度、电压、功率等，都可以通过这3个基本量导出。比如速度，它就是由长度和时间导出的:

如果激光时间标准取得成功，它首先会动摇长度标准———米的定义。

米是世界各国使用比较广泛，而且也是比较先进的计量长度的单位。1米的长度是指法国巴黎所在经圈上一个象限(90°)的子午线长度的1000万分之一。最初，人们用高硬度和抗氧化的铂铱合金做成所谓“米原器”来保持米的标准长度。这种合金的膨胀系数虽然很小(约为8.75×10^－6/℃)，但不能保证其长度不随时间而变化。从1960年起，国际上决定用氪(Kr⁸⁶)的一条发射线波长AL来定义米，即

1米=1650763.73λ_k

就是说，用波长的倍数来表示米的长度。用这种方法确定米长，精度约为10^－8量级，即两次测量之间的误差约为0.01微米。

但是，频率测量的精度目前已经提高到10^－13以上。这里就提出一个亟待解决的问题:波长和频率通过光速相互，联系着，光速c等于波长与频率f的乘积，c=f，这样，光速的精度就受到波长标准的限制。因此，近年来国际上正在酝酿要不要重新定义光速。如果重新定义光速，那么米就伞不再是独立的计量单位，它将通过光速与秒定义统一起来。这样，三大基本量就会变成为“两大基本量”。

另外，其他一些导出单位也可能随之取决于时间。例如电压测量就可能是这样。

目前，电气工程师用“标准电池”测量电压，精度在10^－5～10^－6量级。但是我们知道，交流电的频率f与电压V的关系是:

f=2eV/h

这里e代表电子的电荷，h是一个常数，叫普朗克常数。选取适当的比值e/h，就可以把电压测量转化为频率测量，即转化为时间的测量，因为时间和频率互为倒数。

激光时间标准所具有的巨大潜力已引起世界各国的普遍重视，包括我国在内的许多国家的研究工作正在取得进展，时间计量史上的又一个里程碑已经开始破土奠基。我们热切期待着我国时间工作者为它早日揭幕做出较大的贡献。

百万分之一秒的用途

在现代社会的日常生活中，时间精确到秒已经足够了。我们从未发现有哪个民航机场会把班机起飞时间定在几时几分几秒点几几，也没看到有哪个学校会把学生上课、下学的时间作类似规定。即使是最新式的现代电子手表，它给出的时间也只到秒为止。那么，科学家们为什么要把时间测得那样准，要精确到万分之一秒、百万分之一秒，甚至亿分之一秒呢?难道他们真的是一些嗜奇的怪人?

完全不是!

科学家最讲究效益。如果生产实践和科学研究没有需要，他们绝对不会去耗费自己的精力，浪费光阴和社会财富。

一般说来，人的时间反应大约为十分之几秒，从反应时间到开始执行某种动作，大约要隔几秒钟。因此在日常生活中，人们对小于秒的时间，要求并不迫切。

但是，在生产活动和科学研究中，情况则完全不同。

最简单的例于是百米赛跑。在现代运动水平上，有时准确到十分之一秒还难决雌雄，必须准确到百分之一秒才能选出优胜者。

另一个例子是对于雷电的研究。雷电是大家熟悉的一种自然现象。在炎热的夏天，突然狂风大作，乌云翻滚，雷雨交加。撕破长空的闪电，震耳欲聋的雷声，往往摧毁房屋、桥梁，毁坏森林、堤坝，甚至带来人身伤亡事故。在过去，有些人常常把这种自然现象说成是雷公显灵、惩罚人间。后来，美国科学家富兰克林在一次雷雨中放出一个风筝，从云层中引出电火花，才打破了关于雷电的迷信传说。但是，在富兰克林之后的差不多两个世纪里，没有一个人真正知道闪电划过天空时究竟发生了一些什么事情。其原因就在于时间测量精度不高，人们难以分辨雷电发生的过程。现在我们知道，每次雷电都有一个“主雷区”，它发出沉闷的先导雷声，然后在云层中分叉、放电，划出闪光传向地面，每一过程所经历的时间都不到万分之一秒。如果时间测量精确不到万分之一秒，人们就很难研究雷电的全过程，也不可能找到今天这样避免雷击的方法。

再如研究爆炸过程。开山劈路要炸药，保卫国家独立、安全要拥有各种武器，其中常规武器也要用炸药。炸药的爆炸过程很快，甘油炸药或黄色炸药(TNT)，其爆炸发生在百万分之一秒(微秒)的短时间里;现代鱼雷用一种高速炸药引爆，从引爆到爆炸只要20多个微秒。化学家和国防技术人员要试验和记录各种物质的爆炸速度，没有精确到百万分之一秒的时间测量，他们不仅不能找到有效的爆炸物质，而且有时连他们的生命也难以保全。

至于宇宙航行，它对时间的要求就更高。飞船或卫星的发射、人轨、制导、重返大气层、安全回收或着陆，每一过程都需要有精密的时间测量。从发射场、飞行控制中心，到回收监视区域，都需要有专门控制时间的系统———时间统一服务系统———给各个部位提供高精度的时间信号，以保证发射成功。据说，美国发射的第二艘载人飞行的“水星”号飞船，在返回地面前，由于飞船姿态控制系统出了毛病，宇航员改用手动控制，这样使制动火箭的点火时间稍晚了一些，结果飞船就离开正常轨道20几度，偏离预定着陆点近枷千米，险些酿成危险。

比这更短的时间测量，发生在神奇的核物理学领域。物理学家发现，亚原子(比原子更小)微粒的运动速度接近光速，其寿命特别短，只有几亿分一秒。有位德国科学家说他发现了第109号新元素。这种新元素(尚未命名)的寿命只有亿分之一秒。可以设想，如果没有高精度的原子钟，人们便难以研究物质的微观变化特性，也不会有新元素的发现。

科学家们还预言，某些介子的寿命比这还短，大约只有0.14×10^－25秒。这大概是人类近期内将要遇到的最短的时间测量。