从高考敲钟失误认识最先进的计时器

一年一度的高考吸引了大多数中国人的目光，成为一段时间的热点，然而围绕考前考后的争议却不断。先是考试过程中一些家长过于注重考试而作出一些过激的行为，然后是雇“枪手”替考现象的被揭发。如今，多个考场出现了敲钟人敲钟失误导致考试提前交卷。其中充满了各种因素，当然，钟表走表失误的可能性也不能排除。

钟表由于它振动系统的振动周期发生变化而在运行（走时）时产生的快慢变化。通常以日差值（见钟表日差）表示。钟表振动系统的振动周期受各种外部和内部因素的影响而变化，不同影响因素导致不同的走时误差。各种走时误差的综合就构成了钟表走时误差。钟表走时误差的构成，对于机械式钟表，主要有等时性误差、位置误差和温度误差；对于石英电子钟表，主要有温度误差、因电池电压下降和石英振荡器老化所引起的走时误差。石英电子钟表的走时误差通常比机械式钟表至少小一个数量级，即小10倍以上。

严格地说，任何钟表振动系统的振动周期都与振幅的大小有关，故振幅变化时将引起振动周期的变化。这种由于振幅变化所引起的走时误差，在计时学中称为振动系统的等时性误差。钟表走时过程中，发条力矩、轮系传动以及擒纵机构效率的稳定性决定振幅变化的程度和振动系统的等时性误差，进而决定钟表的等时性误差。钟表的等时性误差通常通过测量瞬时日差来求取。在同一放置姿态下，钟表在满条(上满发条)时的瞬时日差与到达指定运行时间时的瞬时日差的差值，即为钟表的等时性误差。根据计时学的理论，产生振动系统等时性误差的根源主要在于振动系统工作时受非线性力矩（与振动系统位移不成正比的力矩）的干扰。而引起这种干扰力矩的因素通常有以下9项。

如今，最精确的钟表是美国的，美国最先进的时钟37亿年误差一秒。中国最先进的时钟1500万年误差一秒。2011年，日本研究小组表示，这是朝着研制人类历史上最为精确的测量装置迈出的重要一步。原子钟用于设定国际原子时间或者协调世界时，二者与我们绝大多数人使用的格林尼治标准时间存在差异，但更为精确。随着时间的流逝，即使原子钟也会失去精确性，必须进行调整以修订微小误差。精确性降低与所谓的“迪克效应”有关，也就是原子钟的激光器产生的不必要的噪音。日本研究人员研制的光晶格钟避免了这个问题，同时更为稳定，无需经常调整。

这台新原子钟由东京大学的英敏香取教授以及他的团队在澳大利亚新南威尔士大学维克多·弗拉姆鲍姆教授的帮助下研制。弗拉姆鲍姆表示，光晶格钟就像是一个放在草皮上，里面装有原子的蛋格。“离子时钟通常只有一个原子，你必须等待很长时间，才能达到所希望的精确度。新发明的原子钟可以操纵数千个原子，能够更快获得结果。”

除了更为精确外，这台光晶格钟也可用于寻找地下矿物和碳氢化合物。GPS依靠令人难以置信的精确计时，精确度更高的GPS自然能够发挥更大作用。GPS追踪器通过与卫星保持通讯工作，卫星负责报告位置和时间。追踪器内的电脑将自己的时间与卫星报告的时间相比较，利用差值计算它们的方位。光以每秒18.6万英里(约合每秒30万公里)的速度穿行，如果卫星时间落后于GPS接收器的时间千分之一秒，接收器便可计算出它与卫星之间的距离为186英里(约合300公里)。

弗拉姆鲍姆说：“我们在测量原子钟频率时的精确度可达到17位数。它的精确度高的惊人，甚至能够探测到地球引力势的差异。在引力场，时间走得更慢，时钟的快慢取决于物体引力势的强弱。”他指出，日本研究人员研制的原子钟也可用于石油勘探。“由于石油是低密度液体，所以石油的引力势低于附近岩石。借助于这种原子钟，你可以勘探矿物，应用于包括汽车、飞机和太空飞船在内所有平台的全球定位系统，进行实时相对大地测量。”