什麼樣的錶最準啊 - 手錶

By Margaret
at 2005-09-11T00:00

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什麼樣的錶最準時啊

是電子的還是機樲或是石英的呢

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By Rebecca
at 2005-09-12T22:21

答案：是銫原子鍾。
銫原子鐘
在天文台運行中的銫原子鐘除提供天氣預測及警告服務外，香港天文台還有報時服務。大家每日在電台廣播中收聽到的六響報時信號便是由天文台發出的。
天文台在成立初期利用天文觀測方法報時。隨著較為精確的時鐘面世，天文學家發覺在不同地點量度的時間有明顯差別。這種差別是由於地軸擺動而引起的。
1967年第十三屆國際度量衡會議利用銫原子放射電磁波的穩定周期特性來為「秒」從新定義。天文台於1980年購置第一個銫原子鐘報時系統，直接以銫原子作基本標準來量度時間。現時運行的系統是在1994年添置的。這個為香港提供時間標準的原子鐘其貌不揚，但卻是功能超卓，準確度為每日1微秒，即一百萬分之一秒以內。天文台提供的時間標準可溯源至日本郵政省通信總合研究所的基本標準。該研究所是全球負責操作基本時間標準的其中一個研究機構。
1997年6月30日午夜的政權交接大典，天文台的原子鐘發揮了極大作用。交接儀式主辦當局事先與天文台的原子鐘校對時間，確保英國國旗適時卸下，讓中國國旗於7月1日零時零分零秒升起。歷史性時刻的來臨可謂「微秒」不差！
所有時鐘的構造都包括兩大部分：能夠按照固定週期走動的裝置，如鐘擺﹔還有一些計算、累加和顯示時間流失的裝置，如驅動時鐘指針的齒輪。大約　50　年前首次研製出的原子鐘增加了第三部分，即以特定的頻率對光和電磁輻射作出反應的原子，這些原子用來控制“鐘擺”。目前最高級的原子鐘，就是利用　個液態金屬銫原子對微波輻射產生共振效應來控制時針的走動。這樣的時針每秒約走動　　次，時鐘指針走動得越快，時鐘計算的時間也就越精確。
每一種原子都有自己的特徵振動頻率。人們最熟悉的振動頻率現象，就是當食鹽被噴灑到火焰上時，食鹽中的元素鈉所發出的橘紅色的光。一個原子可以具有多種特徵振動頻率，可能位於無線電波波段、可見光波段，或介於其中。銫-133　則被普遍地選用作原子鐘。
將銫原子共振子置於原子鐘內，需要測量其中一種的躍遷頻率。通常是採用鎖定晶體震盪器到銫原子的主要微波諧振來實現。這一信號處於無線電的微波頻譜範圍內，並恰巧與廣播衛星的發射頻率相似，因此工程師們對製造這一頻譜的儀器十分在行。
◎秒的定義
隨著精確測量時間的工具不斷改進推出，人們自然會懷疑時間單位本身的精確性。時間量測單位在數學方面定義的很清楚，一秒是　1/60分鐘，一分鐘是　1/60　小時，亦即一小時是　1/24　天，一秒等於一天的　1/86400。但事實上，因為地球在運行之速度及距離太陽的改變，一個太陽日—由正午至正午的一段時間，並非都一樣長。
西元　1960　年以前，CIPM（世界度量衡標準會議）以地球自轉為基礎，定義以平均太陽日之　86400　分之一作為秒定義。即　1　秒＝1/86400　平均太陽日。然而地球自轉並不穩定，會因其他星體引力的牽引而改變。西元　1960～1967　年　CIPM　改以地球公轉為基礎，定義西元1900　年為平均太陽年。秒定義更改為：一秒為平均太陽年之　31556925.9747　分之一。
西元　1967　年舉行的第十三屆國際計量大會 (General Conference on Weights and Measures) 選擇以銫原子的躍遷做為秒的新定義，即銫原子同位素　　基態超精細能階躍遷　9,192,631,770　個週期所經歷的時間，定為　1　秒（稱作「原子秒」），秒的新定義使計時方式進入了原子的時代，此定義一直維持至今。
◎銫原子鐘
利用銫-133　原子的某一固定振盪，所做成的國際標準計時器。由於所有的銫原子都是一樣的，因此利用銫原子的特性所製成的計時器，也就具有高度的可靠性與複製性。目前最先進的銫原子鐘技術，例如美國的國家標準與技術署（NIST，National Institute of Standards and Technology）的 NIST-F1 銫原子鐘，已經可以做到的精準度，也就是說，大約二千萬年才有一秒的誤差。
◎銫-133 原子基態的兩個精細分裂能階
銫-133 原子的原子核是由 55 個質子，和 78 個中子結合而成，外圍則有 55 個電子繞著原子核運動。根據量子力學原理，銫原子只能有分立、不連續的能量狀態，而這些能階則是由原子核外圍電子的運行軌域所決定。由於銫-133 原子的所有電子，除了最外圍的電子之外，都被原子核的電磁力所束縛，處於相對穩定的狀態。
當原子最外圍的電子的運動處於基態（ground state）時，並不易受到原子內其他電子的干擾，只受到除了原子核的電磁庫侖力和微弱的原子核自旋的影響。然而這些微弱的原子核自旋作用，能把基態的能量再細細地分裂成兩個幾乎擁有相同能量的能階，稱之為超精細能階（hyper-fine energy levels）。當電子吸收或放出的光子能量符合這兩個精細能階的能量差時，電子就可以在這兩個超精細能階躍遷，進而改變了整個原子的自旋狀態。
◎傳統銫原子鐘：
傳統銫原子鐘是藉由銫原子與微波相互作用形成共振吸收，以探測銫原子躍遷能量所對應的頻率而達到實現秒定義之目的。其方法是利用外加磁場將銫原子的兩個基態超精細能階分離出來：將處在單一能態的銫原子經過微波共振腔振盪場與微波作用後，一部分銫原子即躍遷至較高能階，銫原子躍遷至此一能階的比例即可代表微波場微波頻率與銫原子共振頻率的重疊程度，微波頻率若能與銫原子共振頻率完全一致，則這時的微波頻率就可以用來實現秒的定義。
室溫下呈液態的銫金屬在加熱後蒸發，受熱後的銫原子，將會以約 250 m/s 速率注入真空管內，此時處在 F＝3 基態的銫原子會通過 A 磁鐵，進入真空的微波共振腔。基態的銫原子在通過此真空通道時，將會吸收適當頻率的微波，而躍遷到 F＝4 的超精細基態。
最後當銫-133 原子到達通道的另一端時，B 磁鐵會選擇讓能階 F＝4 的銫原子通過，而到達原子偵測器。所以，當原子偵測器所測得的訊號最大時，表示微波共振腔裡的微波，已經調整到可以使基態銫原子躍遷的頻率，也就是 9,192,631,770 Hz。
◎噴泉式銫原子鐘：
西元 1993 年到 1999 年美國 NIST 是利用銫原子束原子鐘作為時間量測的標準，但從西元 2000 年開始，NIST 改為採用 X 雷射冷卻技術的噴泉式銫原子鐘。
噴泉式銫原子鐘是以雷射致冷之銫原子團為基礎，將冷原子向上發射形成噴泉狀而得名。其工作過程是將銫原子像噴泉一樣的“升降”。這一運動使得頻率的計算更加精確。在冷原子團的運動路徑上放置微波共振腔，目的在取出銫原子與微波共振訊號作為鎖頻之用。在噴泉式銫原子鐘中，低溫造成銫原子的運動速度極慢，而與微波的作用時間拉長，故訊號的解析度比傳統的銫原子鐘好 100 倍以上。右圖為噴泉式銫原子鐘工作過程的示意圖。這個過程主要可分為四個階段：
（1）　6　束近紅外線雷射光（圖中黃線）以適當的角度打向銫原子，把這些銫原子的熱運動減慢並將銫原子聚集成球狀，此時銫原子團的溫度會下降到接近絕對零度。
（2）銫原子被冷卻後，兩束垂直的激光將銫原子向上舉起，形成“噴泉”式的運動，然後關閉所有的激光器。這個很小的推力將使銫原子向上舉起約1公尺高，穿過微波共振腔，這時銫原子吸收了微波的部分能量。
（3）此時將雷射光關掉，原子受到重力的作用，會向下再度通過微波共振腔，並將所吸收的能量全部釋放出來。
（4）如果微波共振腔內的微波頻率，正好可以使基態銫原子得以在兩個超精細能階之間躍遷時，則當銫原子一上一下通過微波共振腔時，有些銫原子會因躍遷而改變原子的能量態。最後再把雷射光打到這些處於受激態的銫原子，以激發這些銫原子放出光子而回到基態能階。調整微波共振腔內的微波頻率，使銫原子偵測器量測的訊號達最大值，此時的微波能量即為銫原子能階差。
上述過程在多次重複進行後，將每一次微波共振腔中的共振頻率取平均值，而得到一個確定頻率的微波，使大部分銫原子的能量狀態發生相應改變。這個頻率就是銫原子的天然共振頻率，或確定秒長的頻率。當在微波共振腔中發生能態改變的銫原子與雷射光束再次發生作用時會放出光能。
同時，一個探測器（右）對這一熒光柱進行測量。整個過程多次重複，直到達到出現最大數目的銫原子熒光柱。探測器將打擊在其上的銫原子呈比例的顯示出，處在正確頻率的微波場呈現峰值。這一峰值被用來對產生的晶體振盪器作微小的修正，並使得微波場正好處在正確的銫原子天然共振頻率。這個共振頻率再被　9,192,631,770　除，就得到目前世所定義的　1秒脈衝。
全光學原子鐘
美國　Science　期刊於　2001　年　7　月　12　日的一項研究報告指出，美國科學家已經將先進的雷射光技術和單一的汞原子相結合而研製出世界上最精確的時鐘。科羅拉多州科學家利用機械式變速齒輪組的原理，量測出更準確的時間（距）。美國國家標準局在　60　年代即利用原子振動週期，也就是原子鐘，來定義一秒。現在是將銫原子震動　9,192,631,770　次的時間定義為一秒。其誤差精密度為三億年一秒。然而對於研究宇宙天體的天文學家而言還是不夠精確。
原子鐘的準確度受到原子熱振動的影響，在高頻部分，因為原子共振而使原子鐘的準確度降低，這是目前所有的電子裝備難以避免及克服的。十年前發展的原子冷卻技術，可用來降低原子共振現象，但卻很難確切地觀測到原子的運動。
目前科學家正設法激發共振一個汞原子。其原理是將第一道可見光雷射推進紫外光範圍。之後再用　　秒長的第二道雷射脈衝與先前可見光雷射交互作用，使高頻的可見光訊號轉換成低頻的微波訊號，藉以監測汞原子的共振頻率。如果成功地利用此機制（又稱齒輪降速原理），將會製造出比銫原子鐘的準確度更高　100　倍的新原子鐘。
美國國家標準與技術研究所的科學家研制出了這種新型的以高頻不可見光波和非微波輻射為基礎的原子鐘。由於這種時鐘的研製主要是依靠雷射光技術，因而被命名為「全光學原子鐘」。
原子時鐘的“滴答”來自於原子能量的轉變，在當前的原子鐘中，銫原子是在微波頻率範圍內轉變的。若光學轉變是發生在比微波轉變高得多的頻率範圍時，能提供一個更精細的時間尺度，也可以更精確地計時。這種新研製出來的全光學原子鐘在　1　秒內將產生　　次的“滴答”，是微波銫原子鐘的　　倍，所以用來測量時間將更精確。
此銫原子鐘使用的高速電子學技術並不能計算更多的時鐘指針走動次數，因此美國科學家在研究新型的全光學原子鐘時使用的不是銫原子，而是單個冷卻的液態汞離子（失去一個電子的汞原子），並把它與功能相當於鐘擺的飛秒（一千萬億分之一秒）激光振盪器相連，時鐘內部配備了光纖，光纖可將光學頻率分解成計數器來記錄微波頻率脈衝。
要製造出這種原子鐘需要有能夠捕捉相應離子的裝置，並將捕捉到的離子靜止以保証在如此高的頻率下準確地讀取數據的技術。這種時鐘的優劣依賴於它的穩定性和準確性，也就是說，這個時鐘要提供一個持續不變的輸出頻率，並使它的測量頻率與原子的共振頻率相同。
主持這一研究計劃的美國物理學家　S. A. Diddams　說：「我們首次展示了這種新一代原子鐘的原理，這種時鐘可能比目前的微波銫原子鐘精確100　到　1,000　倍。」它可以計算有史以來最短的時間間隔。科學家們預言這種時鐘可以提高航空技術、通信技術（如移動電話和光纖通信技術等的應用水平），同時可用於調整衛星運行的精確軌道、外層空間的航空和聯接太空船等。

By Kumar
at 2005-09-12T21:10

有些手錶有時候時間會不準我覺得報時臺最準〈ㄏㄏ〉

By Gilbert
at 2005-09-12T01:40

3個比較起來'當然是電子錶最準囉
可是我手上戴的是機械錶
2006-03-14 03:34:14 補充：
誰會把原子鐘帶在身上計時? 什麼爛答案

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