先观察天象，然后烧香，我们现在怎么计时？
所以不奇怪，自古以来，各地都开始追踪时间，测量时间，记录时间，建立时间刻度。
可靠的时标需要基于可重复的周期性事件。
在古代，最容易观察到的周期无非是昼夜(地球的自转)，所以有“天”；其次，月亮的盈亏(月亮的公转)，所以有“月”；以及气候的周期性交替(地球的公转)，所以有年、季、节气...
在此基础上，当社会需要更小的时间尺度时，我们也慢慢地盯着一杯茶、一根灯芯，进而演化出铜锅滴水、钟摆、杠杆齿轮等有规律的计时工具。
在早期社会，这样的时间尺度对于农耕、交通等生活场景已经足够。但随着人类文明的发展，这些计时方法的尺度既不精细，也不够高，容易受外界因素干扰，不稳定。
今天，人类社会的计时不再以宏观现象和仪器为基础，而是以微观粒子为基础。
比如40年代用来检验爱因斯坦相对论的钟，并不是我们家里的机械/电子钟，而是基于μ子的衰变。因为粒子衰变是一个自主的随机过程，衰变速度是固定的，不受外界因素的影响，我们可以根据μ子衰变的过程来追踪时间流。
后来在1971，物理学家换了一个铯原子钟再次验证。
铯原子钟的原理是什么？今天，我们知道原子中的电子处于不连续的能级(轨道)；当电子从一个能级跃迁到另一个能级时(即电子跃迁)，会释放/吸收相应的电磁波。
每个原子都有自己的一系列电磁波频率，同一原子的频率是固定的。比如铯-133原子的特征频率之一是9192，631，770 Hz(微波波段)，在任何一个铯-133原子上都可以观测到——这已经成为当今国际上定义“秒”的节拍器。
2001年，科学家基于类似的原理和先进的激光技术，在汞原子上研制出了全光原子钟，又称光学钟。
因为铯原子的特征频率主要在微波波段，而新原子钟是基于更高频段的辐射，所以光钟可以提供更精细的时间尺度。如果说世界上最精确的光钟从BIGBANG开始就在运转，那么直到今天也只会偏离0.5秒。
由此，国际时间频率咨询委员会在2015年提出了修改“秒”定义的路线图，2026年左右可能迎来新一轮基于光钟的秒定义。
目前，类似的原子振荡是科学家观测到的最稳定的周期性事件——但原子钟可以更精确。
理论上，原子钟可以通过单个原子的振荡来计时。但在微观尺度上，单个原子受到量子力学不确定性的限制，其“真实”的振动频率只能通过大量的测量和平均才能体现出来，也就是所谓的标准量子极限。
所以，在实际操作中，原子钟一般会测量成千上万的同类原子，然后统计出正确的数值。然而，即使在成千上万的原子中，标准量子极限的不确定性依然存在——这时，曾经困扰科学家的量子纠缠有了神助攻。
麻省理工学院去年底的一项研究指出，量子纠缠中原子的振荡会在一个* * *相同的频率附近被收紧，这个频率小于不处于量子纠缠中的原子，这样我们就可以测量出超出标准量子极限的精度。
在这个新的原子钟中，科学家将350个镱原子进行量子纠缠，精度是没有量子纠缠的版本的4倍，在14亿年的宇宙漫长寿命中偏差可以小于0.1秒。
从过去到现在，我们对时间的追踪更加紧密和细致，不仅服务于生命，也解码了宇宙；未来也是如此。
在生活中，越来越精密的人类文明，比如5G时代的很多场景和可能性，都可以得到更精准的时空定位的加持。
在科学研究中，科学家可以发现更多过去无法探测到的关于时间的物理规律，比如引力波，甚至暗物质。他们还可以进一步琢磨一些反常识、“毁灭三观”的问题，比如引力对时间流动的具体影响，时间本身是否随着宇宙的老化而变化。
然而，进一步发展的道路并不是没有尽头的。
《物理评论X》2065 438+07的一篇论文指出，更好的计时是有代价的:时钟的精度越高，消耗的能量和产生的熵就越大。一个周期完美的理想时钟，理论上会燃烧无限的能量，产生无限的熵，但这在现实中是不可能的。换句话说，时钟的精度从根本上是有限的。
幸运的是，到目前为止，大多数时钟，包括科罗拉多州博尔德市JILA研究所运行的世界上最先进的原子钟，都没有达到相关的基本极限，它们燃烧的能量远远超过了报时所需的最低能量。
然而，JILA的物理学家叶军表示，手表制造商正在加速使用量子信息科学来制造更精确的时钟，未来基本限制将变得越来越重要。
2026 54 38+0 10 10月20-24日，高山学院师生将探访“京时”发源地Xi安，与科学家一起探索“时”最熟悉又陌生的本质。
作者|邱
编辑朱桢
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谢谢。※。
特别感谢中国科学院国家天文台研究员、国家天文台恒星黑洞研究与创新团队负责人、《中国天文学报》执行主编苟利军教授对本文的专业审阅。