“1秒”的科学 “定义”也是一门研究
- 2023年11月24日 11:20:08来源：化工仪器网点击：4631
【化工仪器网 行业百态】科学是运用范畴、定理、定律等思维形式反映现实世界各种现象的本质和规律的知识体系， 按研究对象的不同，可分为自然科学、社会科学和思维科学，而哲学和数学则是贯穿三个领域的基础。换言之，理论上来说，几乎所有的认知都是可以用科学来论证的。为什么用“几乎”呢？这就涉及到一个概念——原理。
“原理” 是数学的一个重要概念，同时也是科学体系的重要组成部分。“原理”又可以分为“公理”和“定理”，“定理”是经过论证过的基础理论，而“公理”则是人类暂时无法给出论证，但是在长期生活中既定的理论。事实上，很多“定理”也是通过“公理”来论证的。当然这个话题进一步深入还可以涉及到“定律”，“定律”是物理学中，可以通过实验得出的基本结论，“定律”进行数学推导可以得到一些物理上的结论或者定理，但是“定律”不能由其他规律通过数学推导获得。
当然这背后会涉及到非常复杂的学术框架，我们就不深入了。就结果来说，因为“原理”的存在，其实我们生活中有很多概念是很难解释清楚的，而时间便是其中之一。几乎所有人都知道“1天有24小时，1小时有60分钟，1分钟有60秒”，但是这个概念是基于人类将秒、分、时作为时间单位来实现的，1秒本身也只是时间增量，但我们并没有办法明确的说明“1秒有多长时间？”，因为1秒的长度取决于计量方式。
当然，或许有人会说，1秒的定义是从1天的概念中细化出来的，1秒基于1天的长度计算而来，因此1秒就是1/86400天。这种说法逻辑上是对的，但是从自然规律来说却并不正确。因为每天的长度其实是不一样的，每100年就会有2.7毫秒的改变(过去2700年的平均值)。
说到这里或许有人觉得这是在钻牛角尖，但事实上，定义1秒钟实际上就是一个非常严肃的科学课题，甚至和许多科学仪器的运作有着密切联系。原子钟便是其中之一。
原子具有天然的固定共振。它们仅以特定的能量状态而存在，而且只能通过吸收或释放一定量的能量从一种状态变成另一种状态。这种能量对应精确的频率。因此，捕捉这个频率就可以准确的量化时间的长度。
1995年随着铯原子钟诞生，1秒的长度被定义为铯原子9192631770次能量振荡持续的时间，而这也成功让人类的计时变得更加精确(虽然这种变化其实我们并不会特别在意)。
不过即便如此，时至今日对待1秒，科学家仍然在寻求突破，精确到“千万亿分之一秒”的定义并不能满足他们对于科学的渴望，无论是利用锶和镱等元素中能量更高的可见光诱导的原子跃迁还是利用紫外线和可见光源取代微波重新定义“1秒的长度”，总之1秒背后，依旧是无数的研究在推进。未来，1秒的定义或许随时会改变——不过，1/86400天也大概率依旧是我们认知中的1秒。
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