揭秘"时间魔盒"原子钟-|||-①时间是什么?或许有人会低头看看手表,说出当下的时刻。是的,时钟会告诉我们时间,它是我们-|||-生活不可或缺的一部分。在确定时间起点之后,用世纪、年、月、日、时、分、秒来记录时刻值,就好像-|||-把尺子。-|||-②当人类意识到时间的流逝,便开始利用周期性现象对时间进行追踪。远古时期,人类通过草木枯-|||-荣判定季节,通过观察太阳、月亮在天空中的运动来判断时间,日出而作,日落而息。后来,人们探索出-|||-通过滴水来计时的水钟,流沙计时的沙漏等。二战后,美国国家物理实验室研制出了世界上第一台原子-|||-钟,但这个钟需要一个房间的设备,复杂度过高,实用性不强,但代表了人类一个历史性的跨越。1967-|||-年,秒长的定义溯源到了原子上。此后,各种原子钟相继问世,成了目前世界上最准确的计时工具,实用-|||-性也越来越高,能够满足多种场景的应用需求。-|||-③原子钟其实离人们日常生活很近。例如,原子钟在卫星导航系统中发挥着"心脏"般的作用。卫-|||-星导航使人们的日常生活变得非常便捷,当我们拿出手机打开导航软件,能够看到自己的地理位置,输-|||-入目的地,导航软件能够规划路线,且实时告诉我们需要向左转还是向右转。这是如何做到的呢?-|||-④我们先来看一下卫星导航与定位的原理。在三维空间中,建立坐标系,当已知3个点的坐标以及-|||-第四个未知点分别与已知点之间的距离,那么未知点的坐标就可以被确定。同理,当我们在地球上仰望天-|||-空,至少能够同时看到3颗卫星,卫星飞行在自己的轨道上,它的运行轨迹被编入星历,同时接收3颗-|||-卫星发来的星历,经过解算,可以知道卫星的位置。此外,还需要知道我们与卫星之间的距离,物理学知-|||-识告诉我们,距离等于速度乘以时间,光传播速度是每秒30万公里,所以只需要知道信号传播时间就可-|||-了。此时,我们发现,导航定位的关键便是时间的测量。-|||-⑤这就需要原子钟隆重登场了,每颗卫星及地面站里都配备了一组原子钟,时间信号随星历一同-|||-发送,在解算卫星位置的过程中,也能够同时得到时间信息以及距离。这样,我们的位置便可以被计算-|||-出来。-|||-⑥日常生活中的手机等电子产品,通常内置了导航模块,能够实时接收卫星发射的信号并依据一-|||-定的算法进行解算。于是,便有了我们对自身位置的实时掌控。如果原子钟提供的时间误差在1微秒,-|||-那么定位误差将高达300米。如果要达到米量级的导航,在不考虑其他误差因素的情况下,原子钟提供-|||-的时间误差需保持在3纳秒。也就是说,时间的精密测量决定了导航定位的精度,如果没有原子钟,揭秘"时间魔盒"原子钟-|||-①时间是什么?或许有人会低头看看手表,说出当下的时刻。是的,时钟会告诉我们时间,它是我们-|||-生活不可或缺的一部分。在确定时间起点之后,用世纪、年、月、日、时、分、秒来记录时刻值,就好像-|||-把尺子。-|||-②当人类意识到时间的流逝,便开始利用周期性现象对时间进行追踪。远古时期,人类通过草木枯-|||-荣判定季节,通过观察太阳、月亮在天空中的运动来判断时间,日出而作,日落而息。后来,人们探索出-|||-通过滴水来计时的水钟,流沙计时的沙漏等。二战后,美国国家物理实验室研制出了世界上第一台原子-|||-钟,但这个钟需要一个房间的设备,复杂度过高,实用性不强,但代表了人类一个历史性的跨越。1967-|||-年,秒长的定义溯源到了原子上。此后,各种原子钟相继问世,成了目前世界上最准确的计时工具,实用-|||-性也越来越高,能够满足多种场景的应用需求。-|||-③原子钟其实离人们日常生活很近。例如,原子钟在卫星导航系统中发挥着"心脏"般的作用。卫-|||-星导航使人们的日常生活变得非常便捷,当我们拿出手机打开导航软件,能够看到自己的地理位置,输-|||-入目的地,导航软件能够规划路线,且实时告诉我们需要向左转还是向右转。这是如何做到的呢?-|||-④我们先来看一下卫星导航与定位的原理。在三维空间中,建立坐标系,当已知3个点的坐标以及-|||-第四个未知点分别与已知点之间的距离,那么未知点的坐标就可以被确定。同理,当我们在地球上仰望天-|||-空,至少能够同时看到3颗卫星,卫星飞行在自己的轨道上,它的运行轨迹被编入星历,同时接收3颗-|||-卫星发来的星历,经过解算,可以知道卫星的位置。此外,还需要知道我们与卫星之间的距离,物理学知-|||-识告诉我们,距离等于速度乘以时间,光传播速度是每秒30万公里,所以只需要知道信号传播时间就可-|||-了。此时,我们发现,导航定位的关键便是时间的测量。-|||-⑤这就需要原子钟隆重登场了,每颗卫星及地面站里都配备了一组原子钟,时间信号随星历一同-|||-发送,在解算卫星位置的过程中,也能够同时得到时间信息以及距离。这样,我们的位置便可以被计算-|||-出来。-|||-⑥日常生活中的手机等电子产品,通常内置了导航模块,能够实时接收卫星发射的信号并依据一-|||-定的算法进行解算。于是,便有了我们对自身位置的实时掌控。如果原子钟提供的时间误差在1微秒,-|||-那么定位误差将高达300米。如果要达到米量级的导航,在不考虑其他误差因素的情况下,原子钟提供-|||-的时间误差需保持在3纳秒。也就是说,时间的精密测量决定了导航定位的精度,如果没有原子钟,