天文钟与原子钟：时间计量的差异

岁月的流逝，推进着人类对时间的认识，提高对时间分辨率的需求。当古人不能以日晷和沙漏为满足时，就出现种种机械计时的尝试，其中一个重大进展是钟摆的发明。尽管伽利略早就注意到用摆锤计时的潜力，第一个钟摆还是要等到17世纪中叶，由荷兰人C.Huygens来发明。与以前任何计时装置相比，摆钟的精确度提高了上百倍，而他随后发明的螺旋平衡弹簧，又进一步提高精度、减小体积，导致怀表的出现。然而再好的钟摆钟，其精度也只能达到每年误差不超过1秒^[7]，再要提高就需要另辟蹊径。

测时的原理是运用时间上稳定的周期性过程。其实，物理学上周期性过程的时间范围极大，短到普朗克时间的10-43秒，长到天文上的1017—1018秒，为测时提供了广阔的余地。^[8]因此完全可以跳出机械运动的范畴，发展其他的物理测年方法。果然，1939年出现了利用石英晶体振动计时的石英钟，每天误差只有千分之二秒，到“二战”后精度提高到30年才差1秒。很快，测年的技术又推进到原子层面，1948年出现第一台原子钟，1955年又发明铯原子钟，利用133Cs原子的共振频率计时，现在精度已经高达每天只差十亿分之一秒。

原子钟的发明，从根本上改变了计时的标准——从原来依靠天体运动的天文标准，发展到依靠原子运动的物理标准。按照天文定义，1秒的时间应当从年、日、时、分、秒的关系求得，1秒等于31 536 000（=365×24×60×60）分之一年。但是天文计时的单位，无论年、月、日，其实都不稳定。为此，1956年使全球约定：1秒钟的定义是1900年1月1日12时回归年长度的31 556 925.974 7分之一。到1967年，这种定义已被原子钟的定义所取代：1秒钟是Cs133原子在两个能态之间周期性振荡9 192 631 770次的时间⑥。(https://www.xing528.com)

天文钟和原子钟既然原理不同，计时当然也有差异。由于天文周期有不稳定性，时间久了，“原子时”和天文的“世界时”之间产生差异，只好用“闰秒”的办法来解决：2005年末、2006年初增加一个闰秒，就是这个道理。