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中国首台“光钟”问世 锁定“1秒”有多长
　　核心提示
　　近日，中国科学院武汉物理与数学研究所经过10年努力，突破了系列关键技术，成功研制出我国首台基于单个囚禁钙离子的“光钟”，从此中国跻身于国际上少数几个拥有光钟的国家。据悉，国际计量协会正在考虑重新定义时间基准，而光钟这项技术有望为我国在世界时间标准的定义上争得一定话语权。
　　光钟与我们平常使用的时钟一样吗？研究光钟有什么意义？光钟的研制对世界时间标准的改变有什么样的影响？我们请中国计量科学研究院时间频率计量研究所所长方占军为您解读。
　　光钟比起微波钟精度高出两个数量级
　　辽宁日报：近日，我国首台“光钟”研制成功，其指标达到国际先进水平。 “光钟”这个概念很新奇，它与普通的计时钟有什么不同？
　　方占军：在普通的计时钟里面，是靠钟表的“嘀嗒”来计时的。如古老的挂钟，就是依靠单摆摆动的周期来计时；机械钟表是依靠发条提供的动能驱动条盒轮转动来计时；电子钟表是依靠晶振振动的周期来计时等。在“光钟”中，产生“嘀嗒”的是超稳激光，因此叫做“光钟”。激光也是一种电磁波，有一定的频率和周期，因此可以用来计时。然而一般的激光频率并不稳定，因此我们需要将激光的频率——也就是周期——稳定到一个固定的数值。原子、离子等的跃迁频率是自然基准，在不受外界条件干扰的情况下保持不变，因此可以将激光的频率锁定到某种原子或者离子的跃迁上。这样一来，激光的频率同原子、离子的跃迁频率保持一致，高稳定的激光频率便能够担当电子钟表中晶振的角色，以此来计时。
　　不过，将激光锁定在原子、离子跃迁上，也只算作“光频标”，即光学频率标准。想要实现光钟，还需要一个能将激光振荡周期计数的元件，以激光振荡的周期乘以振荡的次数来计时。光钟的工作频段在光频段，现在还没有能够直接对激光计数的电子元件，只有对微波计数的元件。因此想要实现光钟，还需要将光学频段的标准转换到能计数的微波频段。飞秒光梳能够将光频转换到微波频率。
　　光频标再加上飞秒光梳，这才是一个能够实际应用的“光钟”，才能够复现秒，真正用作计时。
　　辽宁日报：原子钟、微波钟与光钟是一种吗？
　　方占军：原子钟指以利用原子内电子的特定能级间的固定跃迁频率而制造的精确度非常高的计时仪器。而微波钟和光钟是以钟的工作频段划分的。当前，微波钟和光钟都是原子钟，只不过微波钟的工作频段是微波，而光钟的工作频段是光频。
　　辽宁日报：它们在精度上有什么差异？
　　方占军：光钟的工作频段比微波钟的工作频段高4到5个数量级，因此有潜力达到比微波钟更高的精度。现在的微波钟精度在10-16，而光钟精度已经进入了10-18，比目前最好的喷泉钟高两个数量级。
　　有了光钟技术才可能重新定义“秒”
　　辽宁日报：微波钟对于我们普通人来说已经足够精确了，为什么还要研究光钟呢？
　　方占军：在国际单位制(SI)中，7个基本物理量分别为：长度——米(m)，时间(频率)——秒(s)，质量——千克(kg)，电流——安培(A)，热力学温度——开尔文(K)，物质的量——摩尔 (mo1)和发光强度——坎德拉(cd)。其中，时间频率作为所有物理量及物理常数中测量准确度最高的计量基本单位，并决定着其它许多物理量及基本物理常数的定义及精度。长度基本单位米(m)、电学重要单位伏特(V)都直接以频率定义，其它许多物理量都可以转化成时间频率来加以测量。
　　时间频率基准的精度是反映一个国家战略竞争力的重要标志之一。高精度时间频率标准在全球定位系统、精确打击武器、信息高速公路等方面起着关键的作用。如果使用光钟的新技术来重新定义秒，将对全球卫星定位导航系统、人类探索宇宙和研究物理学规律等领域产生极为深远的影响。时间频率计量是科学研究、国民经济建设和国防建设的重要技术支持。
　　辽宁日报：光钟是怎么在优化精密仪器制造和卫星定位等技术方面发挥优势的？
　　方占军：从上面的讨论可知，长度基本单位米(m)直接以频率定义，精密仪器制造需要控制的就是长度。而卫星定位的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。这都属于时间和长度的测量范畴，因此用更高准确度的时间频率标准能够优化精密仪器制造和卫星定位等技术。
　　辽宁日报：据报道，掌握“光频标”技术，还可以为我国在世界时间标准的定义上争得一定话语权。现在的世界时间标准是以什么定义的？
　　方占军：当前的时间频率标准，是1967的第13届国际计量大会上通过的，1秒被定义为铯原子133同位素基态的两个超精细能级之间跃迁所对应的辐射周期的倍的时间。 2006年第17次国际时间频率咨询委员会(CCTF)会议通过决议将锶原子、汞离子、锶离子、镱离子光频标作为秒的次级定义。光钟已被公认为下一代秒定义的候选。 2009年第18次CCTF会议建议，在2019年开始讨论重新定义秒。
　　只有掌握了光钟技术，我国才可能在重新定义秒的时候拥有话语权。
　　如果光钟发展慢下来7年后将重新定义“秒”
　　辽宁日报：据了解，最开始的世界时间标准并不是以原子钟定义的。
　　方占军：历史上，天文观测活动和时间测量、历书编制一直紧密关联。最开始，人们用地球的自转现象来定义“秒”，称之为“世界时”(UT和UT1)。地球自转一圈是一天，1天等于24小时，也就是等于86400秒，因此1天的86400分之一就被定义为1秒。后来，在长期的天文观测中，人们发现地球的自转频率并不稳定，直接受潮汐等自然现象的影响，其精度是3年差1秒。相比之下，地球围绕太阳的公转频率比地球的自转频率更加稳定，其精度是30年差1秒。1960年第 11届国际计量大会(CGPM)决定用地球的公转取代地球的自转来定义秒，1秒为1900年1月 0日 12时起算的回归年的7分之一，称之为“历书时”。我们可以看到，到此为止的秒定义都是根据天文现象来定义，因此被称为“天文秒”。 1967年，国际计量大会决定将秒定义修改为铯原子基态超精细能级间的跃迁，历史从此由“天文秒”时代进入“原子秒”时代，铯原子钟是实现秒定义复现的装置。目前复现秒定义的准确度最高的装置就是铯原子喷泉钟，准确度已经达到了E-16量级。世界上各个国家现在正在研究的光钟已经被公认为下一代秒定义基准钟，准确度预计可以达到E-18量级(几十亿年不差1秒)。
　　我们现在使用的时标是国际原子时(TAI)和协调世界时(UTC)。所谓“时标”可以理解为一个时间的标尺或者说时间坐标。 “时标”最基本的作用就是将一个个具体的事件与其发生的特定时刻一一对应起来，就像我们通常所说的“某年某月某时发生了……”一个时标最突出的特征是：连续、稳定、准确、可靠。 TAI是在1971年的第14届国际计量大会上定义的，秒长采用铯原子钟定义的原子秒，起点为日00:00:00。UTC采用和TAI一样的秒长，UTC的起点是日00:00:00。国际计量大会规定UTC-UT1应该保持小于等于0.9秒，当UTC-UT1大于0.9秒时，插入闰秒。根据规定，闰秒总是出现在一年的6月30日或者12月31日。第一个闰秒出现在日。平均而言，19个月出现一次闰秒。到目前为止，总共出现了25个闰秒。上一次闰秒出现在日，大家应该都有所耳闻。
　　辽宁日报：有的报道称，国际计量权威组织根据光频标等新一代频标技术的发展趋势，有可能在2019年重新讨论“秒”的定义。在什么情况下，这一定义会发生改变？
　　方占军：2009年第18届国际时间频率咨询委员会会议提到，如果今后光钟的发展速度慢下来，并且光钟的频率传输和比对问题得到解决的话，可以重新定义秒。当前光钟在飞速发展，尚不清楚哪一种元素更有优势，能够最终达到更高的精度。而当前的频率传输精度还远远跟不上光频标的发展，因此重新定义秒意义不大。但到2019年，如果二者都得到解决的话，就有可能重新定义。
　　辽宁日报：如果在世界时间标准的定义上争得一定话语权，对我国未来发展的哪些方面有影响？
　　方占军：时间频率计量是科学研究和国民经济建设的重要技术支持，又和人民大众的日常生活密切相关。
　　另一方面，在2019年或者以后，秒定义发生改变，如果我们没有光钟，现有的系统就不能够独立复现秒定义，我们所有与此相关的科研和应用便都失去独立性，失去话语权。
　　高准确度时间频率标准，是保证国家时间频率计量体系独立完整性的关键，关系到国家的核心利益。时间标准能被广泛地应用到天文导航、大地测量、高速数字通信、交通运输、基础研究、国防等领域。
　　时间频率最典型的应用是 “北斗”系统，系统建成后，可以被广泛应用于军事作战、大地测量、交通以及抗灾救援等领域。具有独立自主的时间频率标准，实现了北斗系统的完全独立自主运行，也是提高国家战略地位的有效保证。 □本报记者／张晓丽
　　NIST-F1铯喷泉原子钟，是美国时间和频率的标准。
　　专家档案
　　方占军
博士、研究员，中国计量科学研究院时间频率计量研究所所长。毕业于清华大学无线电电子学系，1987年和1989年分别获得本科和硕士学位。 1999年毕业于德国哈雷-维滕贝格大学物理系，获博士学位。 2001年起从事时间频率计量研究工作，先后承担了科技部基础研究专项课题——飞秒激光光学频率梳研究，973计划和国家科技支撑计划课题——锶原子光晶格钟研究。2009年获得国家科技进步二等奖。
[作者：张中江&&编辑：]
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图腾的姓氏和顺序 ：吴 康 孙 周 黄 赵 杨 陈 刘 张 王 李 蒋 蔡 贾 丁 魏 薛 叶 阎 潘 杜 夏 田 任 姜 方 石 姚 廖 陆 白 崔 毛 秦 江 史 顾 侯 邵 孟 钱 汤 易 贺 赖 龚 龙 段 黎 常 武 乔 尹 戴 卢 吕 彭 沈 傅 许 袁 孔 邱 曹 于 冯 唐 韩 郑 宋 范 梁 董 罗 马 郭 何 曾 邓 程 苏 余 汪 邹 萧 林 万 谭 谢 熊 雷 文 钟 高 朱 胡 郝 徐
吴姓图腾1.吴是吴族的族称。吴是以句（读勾）芒玄鸟为图腾。吴由太阳和玄鸟组成。句芒是太昊的长子，是专门测量春分点的上古东方氏族，是太昊的助手。2.图腾由"太阳"和"鸭头人身像"两部分组成.表明吴人是太阳崇拜者,同时"鸭头人身像"仿佛说明一个故事的真实性:乌鸦是吴人的"护魂官"(巫教).东北出土的"鸭头\人身"陶像,也说明吴姓是头人.
康姓图腾是天表重的简化。伏羲氏木正共工氏康回嫡传子孙。共工氏因主持天表而称为康回。“回”是灵台方坛。康上为牙璋，中为玑盘，天竿两侧四点为圭度，即八卦历度。周有康叔，得康姓。始祖：康叔。
孙姓图腾孙姓是弇（读淹）兹氏以玄鸟作为图腾的一支的族称。由跪着的老祖母弇兹氏和她生育的一大群玄鸟的后裔组成，表示子子孙孙世代绵延不绝。诒弄子孙，满溢天伦。孙姓是一个历史悠久、来源较多的姓氏。西周时，周武王将康这个地方封给他的弟弟姬封，后来又将卫地封给姬封，所以历史上称姬封为卫康公。卫康公的后裔有个叫惠孙的，居住在今河南，后来惠孙的子孙就以孙作为姓氏，就是孙姓。
周姓图腾本是周族人的族称，这个族称图腾记载了周族始祖后稷诞生的传说。周人的始祖弃刚出生时，他的母亲以为不吉祥，把他丢弃在冰上，被一只大鸟所救才得以不死，他的母亲感到非常奇怪，又把他抱了回来，后来，弃成为周人的农业始祖后稷。“周”与“稷”都是大鸟救弃的图腾记述。古文“周”是鸟和“田粟”的合文。
黄姓图腾黄字的初文(最原始的本字)，是一个象形字，中间的环状物，当系佩之体，即双珩之所合成，也就是璧，上面是用来缠系玉佩的佩衿，古代称“复”，上面的一横是玉衡，下面是二系垂。中间的璧，古代又叫“璜”。从字形上看，黄字像上古先民们身上经常佩饰的玉佩，它就是“璜”字的初文。可见，“黄”的最原始意思是指佩玉，在商、周青铜器文中，凡言赏赐佩玉，均用“黄”字，
赵姓图腾赵是东夷民族少昊族团的一支伯赵氏的族称。由高大的巨人奔走的人形和在供案上供奉“肖”的图形组成。肖是玄鸟燕子（偃、赢）的象形，“赵”是“肖”的繁体，“肖”是“赵”的简体，同时又可作“御”。因为秦（赢）姓的祖先受封于伯赵氏的旧地，他曾为周幽王 驾车有功，赐地在赵，所以“赵”、“肖”“御”又为一字。造父祖为皋陶，皋陶以玄鸟“伯赵”为图腾，故赵父从“肖”图腾。
杨姓图腾是远古三苗之一柯挪耶劳的族称，为现代杨姓苗支，他的祖先是兵主蚩尤。“杨”是太阳的意思，由“木”和“易”组成。“木”在这里特指扶桑，在《山海经》等中国古籍中记载：扶桑树生长在东方大海上的汤谷（初在今连云港云合山）。汤谷又称作“阳谷”、“温源谷”。易、阳、羊、杨、扬、汤、蜴、蜥远古时为同义词!可以相互替代，所以“易”是“日升汤谷”的形象描写。居住在汤谷帅氏族古代传说采用扶桑纪历。
陈姓图腾是太昊氏炎帝氏及其后裔的天文中心的象形。陈由“东”和“太阳升降的阶梯”组成。东为日在木中，此木又叫槫木、扶木、扶桑、若（叒）、建木。日在木下为杳，日在树顶为杲，日在地平为旦，日在山下为昏，日在午前午后为昃，当槫木转为建木天干时称为“重”，所以古代“重”、“东”为一义。树立“扶桑”或“扶木”的地方为陈，古代有陈仓、陈留、陈等，它们都是天文观测中心，也都是当时陈的首都或京城。
谈谈那些择校时的迷茫，这些你中招没？
刘姓图腾刘姓是燧人氏魁隗氏炎帝神农氏族的系的鸺鹠族的族称。“留”由“卯”和“田”组成，后来演变为刘。留的本义是掌管测定春分点的氏族。刘姓图腾是由一位长者手持刻刀契刻春天和秋天天气到达地球的运行规律，简作“留”。“卯”为春天的天门，简称春门，“田”为立主表天竿的天象台“叀”（博、甫、浦、囟皆为其象形），“卯”与天竿建木结合称作“柳”其氏族称相柳。秋门为今作“酉”，由祝融氏的“郑”姓所主管掌握。
张姓图腾张姓是炎帝共工氏的文明创造的图腾标志。它的本义并不是长长弓箭。“弓”实际上代表盖天图，一般作天穹的“穹”。“钺”是模仿其形状而来。共工氏是张氏的始祖，远古三苗之一柯乌耶劳的嫡传。张像一个人手持盖天图。他手中所握的“弓”表示日升汤谷经中高天落入禺谷的形象符号，“弦”为地平线，代表日夜的分界线。日夜两个盖天图和起来就是浑天图，代表一整天。
王姓图腾 王姓是远古三苗之一的柯约耶劳的族称。王姓由天齐建木和盖天图组成，或者说是酋长戴了一顶半月形的钺斧天文仪器作成的王冠。天齐就是天地的中央，俗称作天地之中。以天齐为原点观测太阳的周天运行轨迹。太阳的周天运行就是太阳每天从东边地平线升起，渐渐运行到天顶（中高天），再西落地平线这一运行轨迹形成一个周天历度。周天历度称“盖天图”、“浑天图”。王姓是首创这种天文历法文明的氏族之一。
李姓图腾 李姓是九黎民族之一的氏族的族称。皋陶是李姓的始祖。黎就是虎，又可以写作(豸+里)、狸、理，通假谐音作李。李姓图腾由虎、木、子三部分组成。虎代表皋陶的祖先少昊，木代表皋陶玄鸟族的图腾，子是鸟卵，象征后代子孙。李姓图腾象征白虎少昊的后代。史载皋陶为大理；又传皋陶裔理征因谏商纣王被追杀、食李果充饥得救；因得“李”姓。
蒋姓图腾蒋姓是掌握建木天杆刻度的氏族。“蒋”，由甾木、寸、爿合成。甫木设在中，筑坛台需要把土加高夯实，于是发明了版筑垒壁的筑墙技术，“爿”即版筑的“版”。坛与版筑合文为蒋。
蔡姓图腾蔡姓是炎帝氏中的以长尾鸟为图腾的氏族的族称。因为这种鸟好杀好斗，直到斗死才肯罢休，在甲骨文中作“杀”解，这种长尾鸟是山雉。这个字后来又衍化为“刈”。蔡图腾由两个鸟的图形组成，右面的鸟是蔡的本字，左面的鸟代表炎帝的丹凤，即山雉。蔡姓也是具有司天权的氏族，同样也是炎帝族的别称。周公封文王孙胡于蔡，称蔡钟（一作仲），子孙以国为姓。
贾姓图腾贾姓图腾.贾姓是源于炎帝氏日中为市、以物易物的集市。所以贾由“西”、“鸟”、“贝”、“基”组成。鸟代表日，“西”、“鸟”合文代表炎帝，发祥于西华，陈于“基”上，以待交易。 可作商人解。倾向作解凤凰作歌乐，为崇凤之族。起源主要有三：①出自姬姓，贾伯之后。②出自狐偃之后，以邑为氏。③出自少数民族。始祖：贾公明。
丁姓图腾 丁是炎帝第五世祝融氏一支的族称。丁为金属楔子。丁的图腾由金属楔子和祝融氏的图腾火龙组成。祝融氏为火正，世代掌管“铸融”，即金属冶炼，冶炼出的像丁字形的金属楔子有两种用途：一是用来做契刻的刀，也称为治，同时又是刑具，用来行刑的。作刑具时又写作“辛”，同时还代表权杖，所以在图腾的上方加“辛”字符号的都为帝。 为崇龙之族。 得姓始祖：丁公伋。
魏姓图腾魏姓是以委蛇肥遗龙虺为图腾的炎帝支鬼姓的苗裔，其始祖是共工氏与蚩尤氏，两族为世代郎舅亲，共同以肥遗龙（一头双身龙）为图腾。魏图腾由三部分组成，左边的女性象征炎帝魁隗氏的母亲任姒，右边的一头双身龙象征鬼，中间的禾代表他们的农业发明。周文王裔孙毕万受封魏邑，子孙以国为姓。始祖：毕万。
薛姓图腾薛是任姒炎帝族以耒耜进行耕种的民族之一吕族的族称。薛的古文又写作，又作吕、以、师、耜、又作莒、宫。凡是带“”旁的字都是该族的发明，用来作为图腾标志。薛由三部分组成，“”字头代表扶木，“”代表“莒”族，右边的“辛”字代表天干，“辛”下面的“可”形象形黄河河道，所以薛图腾又是一个复合图腾。始祖：奚仲。
叶姓图腾 图腾表示的东西很明显了，司农之官或农耕之族。叶姓起源，一、为出自芈姓沈氏，为帝颛顼的后裔。二、据《姓氏考略》记载，我国古代的所谓南蛮(南方少数民族的泛称)之中，也有以叶为姓的。春秋时吴国的叶雄就是南蛮叶姓的后代。三、少数民族叶姓；其得姓始祖为叶公叶诸梁。
阎姓图腾“龙”“凤”守护“门”内之供奉，为祭祀或守宗庙之族。阎姓今多简写作“闫”字，源出有五：1、出自姬姓，为黄帝裔孙后稷之后，以封地名为氏。2、出自姬姓，为周康王之后，亦以封地名为氏。3、出自姬姓，为唐叔虞之后，也以封地名为氏。4、出自其他民族改姓。5、阎姓今多简写作“闫”字。又有闫姓为阎姓的别支说。据《姓谱》分闫、阎二姓。又据《五音集韵》载，闫“同阎义，俗用”。得姓始祖：仲奕。
潘姓图腾 田园小桥流水，领受封地，感恩之族。起源主要有四：①出自姬姓，周文王子毕公高后，以采邑命氏。②出自芈姓，为春秋时楚国潘崇之后，以祖名为氏。③出自姚姓。舜之后有潘国，其后世子孙以国为氏。④出自其他民族。始祖：潘崇。
杜姓图腾杜姓是炎帝第七世后土句龙以土为图腾得姓。句龙是共工之子，以平治水土有功而世称后土，成为轩辕黄帝的佐臣。建木与土合文为杜。起源主要有三：①出自祁姓，帝尧后代。②上古杜康之后。③出自他族改姓。　始祖：杜伯。
夏姓图腾夏是以猴为图腾得姓。风姓魁隗氏炎帝族以猴、蛇为图腾，猴为夏族主图腾或分封册氏图腾。所以夏由日、持钺狙人（举父）组成。炎帝第九世夸父以狙猴为图腾，由华山桃林塞（三门峡至潼关）退到甘夏大夏河禺谷地区，夏因禺猴图腾得姓。作烈日之下赶路去伐木之农夫解。倾向解“人”之手为战斧，为征战勇士。　始祖：夏启。
田氏图腾田氏图腾，田姓以田正官职为氏族的族称。田正主管田地禾苗，炎帝、神农、三苗都设有田正，所以以田为姓。田是苗的简体字。苗又等同于猫，田正是养猫来消灭田里的田鼠的官员。胡公满11世孙子完食采于田邑为田氏。井田农夫，或井田之受封之爵。为耕而富足之族。始祖：田完。
任姓图腾 任姓是伏羲氏风姓族支，本作凭 ，由“人”“”“壬”组成，壬为天竿，是即是风简化，“人”字头戴胜，所以任以天竺与戴胜鸟为图腾。始祖任娰。受官或称王而“任”，为州牧之官或国王之族。始祖：任不齐。
姜姓图腾 姜姓是炎帝族以羊图腾得姓。凡从女的姓都是母系社会确定的姓,是最古 老的姓。图为一“商羊”，即鳄鱼，为崇龙之族。(龙图腾来自鳄鱼崇拜)。起源主要有三：①出自神农氏，炎帝之后，以居地为姓。②出自亘氏改姓。③出自少数民族。始祖：炎帝。
方姓图腾方姓是燧人氏风姓支。燧人氏始立“番”，辨方正位，故其字上“方”下“人”，即“人方”，其地昆仑山称“方”山，继承者为方夷、方雷氏、防风氏、房氏，并创立方牙、方舟。方初始为天余与相风与人合文，指示上下左右即东南西北。“方”的“、”是树立风向仪“”的木杆，“勹”是守候“风向仪”的人。凡单指“方”指人方，冠之风姓，则为“旁”，或作“榜”，是最早称为“帝”的姓氏。公布的榜文就是历法。始祖：方雷。
石姓图腾石姓是以石磐为演奏职业的世家。石图腾由三部分组成。“口”代表石磐，“厂”代表悬挂石磐的支架。上面的鸟就是句芒天干，羽毛代表扶桑树，主要是用来表示该族是句芒的后代。姬姓石氏始祖石骀仲。
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