原子钟原理是什么？

原子钟的原理是什么~

当今，我们不仅有了300年差1秒的晶体钟，还有了更高级的原子钟呢。比如铯原子钟，它看上去是一个方方正正的不算大的机柜，上面布满了各种开关、旋钮、红绿指示灯……要不是看到上面几个显眼的大字“铯束管原子钟”，根本就不会相信这是一台钟，因为它和普通的钟表比起来，已经是面目皆非了。
铯束管原子钟及其他各种类型的原子钟，都是用“原于跃迁”的频率来计时的，这个频率很高并极其稳定，所以它的计时精度也非常高，可达3万年差1秒!上面我们讲过的晶体钟虽然已经很精确，但它有老化漂移等现象，因此还不能作为1级时间频率标准，而原子钟才是目前世界上公认的1级时间频率标准。
原子钟可真棒，3万年才差1秒，多准啊!
随着人类的认识向着微观世界发展，揭示了原子的秘密以后，又给人类计时提供了更精确的方法，因为微观世界的稳定性远远超过了宏观世界。
在宏观世界中没有完全相同的个体，一对孪生兄弟，看起来十分相似，但仔细观察，就可以找出它们的差异来；同一厂家用同样的元器件生产的电视机，外观一模一样，但质量却各有优劣。
在微观世界中则恰恰相反，有着许多完全相同的东西，我们不能把一个电子和另一个电子区别开来，我们也不能把同种元素的一个原子与另一个原子区别开来。这并不是由于我们的测量仪器过于粗笨，而是它们的确完全相同，原则上无法把它们区别开来。即使在地球深部的高温高压下，也不能改变它们的性状。
所有计时方法和计时工具，都是基于物体有规律的变化。如地球绕太阳1年旋转1周，地球1天自转1周，普通手表每秒摆轮摆5次，晶体钟每秒振荡枷万次，而原子钟是用原子的“振动”来计时的，它每秒钟振动竟达几十亿次。计时频率的提高，本身就意味着计时精度的提高。
从印年代原子钟问世以来，到现在已经发展成一个“家族”了。有最初的氨分子钟、有铷原子钟、铯原子钟，还有氢原子钟……每种钟又有不同的类型。
原子钟虽然多种多样，但它们的工作原理却是基本相同的。都是利用了原子跃迁的周期稳定这个特点。

原子钟原理是参考原子振动的频率，把石英晶振的频率锁定在10MHz的频率上，有了一个稳定的频率，通过脉冲发生器，产生相应频率脉冲，然后数脉冲个数就可以计算时间了。

原子钟涉及频率主要有两个过程：

一个是原子内部指定能级跃迁需要能量，这个能量对应一个固定的频率。如果外部对原子发射的频率正好与固定的频率相等时，原子就高潮了，能级跃迁了，同时旁边会有鉴定原子到底有没有高潮的装置。

二是外部对原子发射频率通常是微波发生器或激光器，并且还有倍频移频鉴频等技术辅助，说得极端点，微波发生器和激光器的频率是可以1Hz、1Hz往上加的。也就是说，使原子高潮的外部频率由于是外接设备产生，是可调可知可计数可利用可转化的。

原子钟是一种钟，它以原子共振频率标准来计算及保持时间的准确。原子钟是世界上已知最准确的时间测量和频率标准，也是国际时间和频率转换的基准，用来控制电视广播和全球定位系统卫星的讯号。

尽管现在市面上有形形色色的各种原子钟，但这些原子钟的原理都是相同的，其主要差别在于使用的元素，以及能级变化时间的检测方式。

原子钟，它最初本是由物理学家创造出来用于探索宇宙本质的；他们从来没有想过这项技术有朝一日竟能应用于全球的导航系统上。

根据量子物理学的基本原理，原子是按照不同电子排列顺序的能量差，也就是围绕在原子核周围不同电子层的能量差，来吸收或释放电磁能量的。这里电磁能量是不连续的。当原子从一个“能量态”跃迁至低的“能量态”时，它便会释放电磁波。这种电磁波特征频率是不连续的，这也就是人们所说的共振频率。同一种原子的共振频率是一定的—例如铯133的共振频率为每秒9192631770周。因此铯原子便用作一种节拍器来保持高度精确的时间。

30年代，拉比和他的学生们在哥伦比亚大学的实验室里研究原子和原子核的基本特性。也就是在这里，他们在依靠这种原子计时器来制造时钟方面迈出了有价值的第一步。在其研究过程中，拉比发明了一种被称为磁共振的技术。依靠这项技术，他便能够测量出原子的自然共振频率。为此他还获得了1944年诺贝尔奖。同年，他还首先提出“要讨论讨论这样一个想法”（他的学生这样说道），也就是这些共振频率的准确性如此之高，完全可以用来制作高精度的时钟。他还特别提出要利用所谓原子的“超精细跃迁”的频率。这种超精细跃迁指的是随原子核和电子之间不同的磁作用变化而引起的两种具有细微能量差别的状态之间的跃迁。

在这种时钟里，一束处于某一特定“超精细状态”的原子束穿过一个振荡电磁场。当原子的超精细跃迁频率越接近磁场的振荡频率，原子从磁场中吸收的能量就越多，从而产生从原始超精细状态到令一状态的跃迁。通过一个反馈回路，人们能够调整振荡场的频率直到所有的原子完成了跃迁。原子钟就是利用振荡场的频率即保持与原子的共振频率完全相同的频率作为产生时间脉冲的节拍器。

基本原理
根据原子物理学的基本原理，原子是按照不同电子排列顺序的能量差，也就是围绕在原子核周围不同电子层的能量差，来吸收或释放电磁能量的。这里电磁能量是不连续的。当原子从一个“能量态”跃迁至低的“能量态”时，它便会释放电磁波。这种电磁波特征频率是不连续的，这也就是人们所说的共振频率。同一种原子的共振频率是一定的，例如铯133的共振频率为9 192 631 770Hz。因此铯原子便用作一种节拍器来保持高度精确的时间。
人们平时所用的钟表，精度高的大约每年会有1分钟的误差，这对日常生活是没有影响的，但在要求很高的生产、科研中就需要更准确的计时工具。目前世界上最准确的计时工具就是原子钟，它是20世纪50年代出现的。原子钟是利用原子吸收或释放能量时发出的电磁波来计时的。由于这种电磁波非常稳定，再加上利用一系列精密的仪器进行控制，原子钟的计时就可以非常准确了。现在用在原子钟里的元素有氢（Hydrogen）、铯（Cesium）、铷（Rubidium）等。原子钟的精度可以达到每2000万年才误差1秒。这为天文、航海、宇宙航行提供了强有力的保障。

基本原理
根据原子物理学的基本原理，原子是按照不同电子排列顺序的能量差，也就是围绕在原子核周围不同电子层的能量差，来吸收或释放电磁能量的。这里电磁能量是不连续的。当原子从一个“能量态”跃迁至低的“能量态”时，它便会释放电磁波。这种电磁波特征频率是不连续的，这也就是人们所说的共振频率。同一种原子的共振频率是一定的，例如铯133的共振频率为9 192 631 770Hz。因此铯原子便用作一种节拍器来保持高度精确的时间。
人们平时所用的钟表，精度高的大约每年会有1分钟的误差，这对日常生活是没有影响的，但在要求很高的生产、科研中就需要更准确的计时工具。目前世界上最准确的计时工具就是原子钟，它是20世纪50年代出现的。原子钟是利用原子吸收或释放能量时发出的电磁波来计时的。由于这种电磁波非常稳定，再加上利用一系列精密的仪器进行控制，原子钟的计时就可以非常准确了。现在用在原子钟里的元素有氢（Hydrogen）、铯（Cesium）、铷（Rubidium）等。原子钟的精度可以达到每2000万年才误差1秒。这为天文、航海、宇宙航行提供了强有力的保障。

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泾县13463821485： 原子钟的工作原理是什么? - ？
万诸垂体： 当今,我们不仅有了300年差1秒的晶体钟,还有了更高级的原子钟呢.比如铯原子钟,它看上去是一个方方正正的不算大的机柜,上面布满了各种开关、旋钮、红绿指示灯……要不是看到上面几个显眼的大字“铯束管原子钟”,根本就不会相信...

泾县13463821485： 原子钟的结构和原理是什么? - ？
万诸垂体： 主体部分是一个微波谐振腔和注入的气体或者射线流.注入的原子的核外电子处于特定能级,当电子发生到另一个特定能级的跃迁时会发出精确的特定频率的微波辐射,并通过谐振腔放大.测定辐射的频率即可以确定时间间隔.麻烦采纳,谢谢!

泾县13463821485： 下面那个是原子钟的计时原理 - ？
万诸垂体： 原子钟是利用铷、铯等原子的稳定振荡频率制成的极精密计时器. 原子钟,它最初本是由物理学家创造出来用于探索宇宙本质的;他们从来没有想过这项技术有朝一日竟能应用于全球的导航系统上.根据量子物理学的基本原理,原子是按照不...

泾县13463821485： 原子钟的计时原理是哪个a磁共振技术玻璃二象性c光电效应 - ？
万诸垂体： 正确答案:a(磁共振技术)根据原子物理学的基本原理,原子是按照不同电子排列顺序的能量差,也就是围绕在原子核周围不同电子层的能量差,来吸收或释放电磁能量的.这里电磁能量是不连续的.当原子从一个“能量态”跃迁至低的“能量态”时,它便会释放电磁波.这种电磁波特征频率是不连续的,这也就是人们所说的共振频率.同一种原子的共振频率是一定的—例如铯133的共振频率为每秒9192631770周.因此铯原子便用作一种节拍器来保持高度精确的时间.

泾县13463821485： 为什么原子钟所标示的时间最准确?* - * - ？
万诸垂体：[答案] 原子钟的原理是:利用原子中电子能级跃迁所发射光的频率,经多次分频后得到时钟的频率(如秒).因为原子能级稳定精确,受温度等干扰极小,所原子种所标示的时间最准确.目前我国标准授台在西安.

泾县13463821485： 原子钟是什么? - ？
万诸垂体：[答案] 定义1:采用原子能级跃迁吸收或发射一定频率的电磁波作为基本频率振荡源的精密计时仪器. 定义2:利用某种原子的特定能级之间的量子跃迁原理工作的精确时间和频率标准.

泾县13463821485： 原子钟的工作原理是什么?为什么会那么精确啊? - ？
万诸垂体： 最准确的原子钟在美诞生 美国国家标准与技术局的科研小组日前宣布,他们成功地研制出一种新型光原子钟,其计算误差1亿年时间为1秒.这是迄今为止世界上最准确的时钟. 新型原子钟是一种光原子钟,其工作原理与微波原子钟所采用的基...

泾县13463821485： 铯原子钟的工作原理 - ？
万诸垂体： 每一个原子都有自己的特征振动频率.人们最熟悉的振动频率现象就是当食盐被喷洒到火焰上时食盐中的元素钠所发出的桔红色的光.一个原子具有多种振动频率,一些位于无线电波波段,一些位于可见光波段,而另一些则处在两者之间.秒的...

泾县13463821485： 氢原于钟的工作原理是什么? - ？
万诸垂体： 根据量子物理学的基本原理,原子是按照不同电子排列顺序的能量差,也就是围绕在原子核周围不同电子层的能 量差,来吸收或释放电磁能量的.这里电磁能量是不连续的.氢原子钟 当原子从一个“能量态”跃迁至低的“能量态”时,它便会...

泾县13463821485： 最精确的现代原子钟每170万年的误差是? - ？
万诸垂体：[答案] 科研人员研制成功了一种新的原子钟,其准确度是,在宇宙的整个寿命中-也就是大约150亿年-只误差1秒. 新的原子钟是一种光原子钟,其工作原理与上个世纪50年代以来微波原子钟所采用的基本原理相同;但不同的是,新的原子钟利用可见光,因...