秒定义及时频计量单位

我国法定计量单位的构成我国法定计量单位是指被国家法律规定的具有计量功能的单位，用于进行质量、长度、时间、电流等物理量的度量。

根据国家标准《计量单位制》，我国法定计量单位主要由基本计量单位和衍生计量单位构成。

基本计量单位是度量物理量最基本的单位，是其他计量单位的基础。

我国法定的基本计量单位有7个：1.米（符号：m）：用于度量长度，定义为光在真空中1/299792458秒内所走的距离的长度。

2.千克（符号：kg）：用于度量质量，定义为国际原子时钟在静止状态下，由铂-铱合金制成的国际千克原器的质量。

3.秒（符号：s）：用于度量时间，定义为铯原子在其电磁辐射跃迁频率为9,192,631,770倍单位时间内所持续的时间。

4.安培（符号：A）：用于度量电流，定义为通过两根平行无穷长直导线中，在每段1米长度上，由于它们之间单位长度上感应的力为2×10^-7牛所定义的电流。

5.开尔文（符号：K）：用于度量热力学温度，定义为绝对零度（-273.15℃）所对应的温度。

6.坎德拉（符号：cd）：用于度量光强，定义为来自特定频率的传输高频率辐射，且满足规定要求的辐射所对应的辐射强度。

7.摩尔（符号：mol）：用于度量物质的数量，定义为包含6.02214076×10^23个基本粒子（例如原子、分子）的物质的数量。

衍生计量单位是根据基本计量单位通过一定的数学转换关系衍生得到的单位。

我国法定的衍生计量单位包括长度、质量、时间、电流、温度、物质的数量、光强、力、压强等多个方面，如：1.平方米、立方米，用于度量面积和体积。

2.毫克、克、千克吨，用于度量质量。

3.小时、天、年，用于度量时间。

4.安、毫安、千安，用于度量电流。

5.摄氏度，用于度量温度。

6.毫摩尔、千摩尔，用于度量物质的数量。

7.流明、勒克斯，用于度量光强。

8.牛顿、千牛，用于度量力。

9.帕斯卡、毫巴，用于度量压强。

以上仅是我国法定计量单位的一部分示例。

时分秒的换算时分秒的换算是日常生活中常用的一种计量单位转换。

时、分、秒是时间单位，用来表示一段时间的长短。

在不同的场景中，我们经常需要进行时分秒之间的转换，以便准确地记录和表示时间。

本文将详细介绍时、分、秒的相互转换方法，帮助读者更好地掌握时间单位的换算。

一、时、分、秒的基本概念时、分、秒是国际通用的时间单位，简化为h、min、s。

1小时等于60分钟，1分钟等于60秒。

1. 小时：小时是一种较大的时间单位，常用于表示长时间段，如工作时长、旅行时间等。

在计算机中，小时的符号通常为"h"。

2. 分钟：分钟是一种介于小时和秒之间的时间单位，常用于记录中等长度的时间，如会议时长、电影时长等。

在计算机中，分钟的符号通常为"min"。

3. 秒：秒是一种较小的时间单位，常用于表示较短的时间，如一次心跳时间、跑步时间等。

在计算机中，秒的符号通常为"s"。

二、时分秒的换算方法时、分、秒之间的换算可以通过简单的数学运算来实现。

下面将分别介绍不同时间单位之间的相互转换方法。

1. 小时和分钟之间的换算：- 1小时 = 60分钟：将小时数乘以60即可得到相应的分钟数。

- 1分钟 = 1/60小时：将分钟数除以60即可得到相应的小时数。

2. 分钟和秒之间的换算：- 1分钟 = 60秒：将分钟数乘以60即可得到相应的秒数。

- 1秒 = 1/60分钟：将秒数除以60即可得到相应的分钟数。

三、实际应用举例1. 计算时长：若某活动持续了3小时30分钟，我们可以将小时和分钟转换为分钟来计算总时长。

3小时30分钟 = 3 × 60 + 30 = 210分钟。

2. 速度单位的换算：速度常用于描述物体在单位时间内的移动距离。

若某车辆以60公里/小时的速度行驶，我们可以将小时转换为分钟来计算该车辆每分钟行驶的公里数。

60公里/小时 = (60 × 60) ÷ 60 = 60公里/分钟。

国际单位制的单位名称国际单位制（SI）是一种以国际协定为基础的计量标准体系。

它是现代计量学中最广泛使用的一套标准计量体系，被许多国家用作全国性标准，也被许多国际组织所采用。

国际单位制的单位名称可以分为七个基本单位和两个衍生单位，下面将逐一介绍。

1.米（m）：米是长度的基本单位，定义为“长度等于光在真空中1/299792458秒钟内所经过的距离”。

2.千克（kg）：千克是质量的基本单位，定义为“国际原子钟委员会在1960年所规定的质量原子千二百万分之一的质量”。

3.秒（s）：秒是时间的基本单位，定义为“原子的跃迁引起的辐射，两能级之间的跃迁，其辐射频率是固定的，等于9,192,631,770次每秒”。

4.安培（A）：安培是电流的基本单位，定义为“在直线长为1米、截面积为1平方米的导体中，若通过这导体的恒定电流产生方向以内单位长度上的力的大小为1牛，则该导体的电流强度为1安”。

5.开尔文（K）：开尔文是温度的基本单位，定义如下：温度尺度的国际单位制是基于水的三种状态——冰点、沸点和三相点（水、水蒸气、冰同时存在的状态）下的温度。

开尔文定义为“绝对温标，其零度等于绝对零度，即−273.15℃”。

6.摩尔（mol）：摩尔是物质的基本单位，定义如下：摩尔是指在标准重量下，含有6.02214×1023个单独存在的粒子（离子、分子、原子）的物质量。

这里的标准重量是指一个约为12g的碳-12同位素的原子量。

7.坎德拉（cd）：坎德拉是光强度的基本单位，定义如下：坎德拉为一个跟辐射出的光的方向性相符、强度为1/683瓦特/立方米的标准单色光源所发的辐射光强。

八、九两个衍生单位：8.焦尔（J）：焦耳是能量、功和热量的单位，1焦耳等于1牛米，1焦耳也可以表示1千克物质在1开尔文下所增加的能量。

9.瓦特（W）：瓦特是功率的单位，定义为每秒钟产生1焦耳能量的速率。

另外，1瓦特等于1安培乘以1伏特。

综上所述，国际单位制的单位名称涉及到长度、质量、时间、电流、温度、物质、光强度、能量和功率等多个方面。

1秒=1000毫秒(ms)1毫秒=1／1,000秒(s)1秒=1,000,000 微秒(μs)1微秒=1／1,000,000秒(s)1秒=1,000,000,000 纳秒(ns)1纳秒=1／1,000,000,000秒(s)1秒=1,000,000,000,000 皮秒(ps)1皮秒=1／1,000,000,000,000秒(s) 1s=1000ms1ms=1000us1us=1000ns1ns=1000ps60秒= 1分钟60分钟= 1小时24小时= 1天7天= 1星期365.25天= 1年100年= 1世纪1平太阳日= 24小时3分56.555秒1恒星日= 23小时56分4.091秒1太阳年(回归年) = 365.2422天(= 365天5小时48分46秒)1恒星年= 365.2564天(= 365天6小时9分9.5秒)1朔望月= 29.5306天1恒星月= 27.3712天1太阳年= 12个朔望日= 354.36天1秒＝光行30万公里1分＝60秒1刻＝15分1小时＝4刻1时＝2小时1天＝12时1候＝5.0728125天1节＝3候1旬＝10天1月＝3旬1季＝6节1年＝4季1代＝10年1世＝30代1纪＝10代字节：8个二进制位构成1个"字节(Byte)"，它是存储空间的基本计量单位。

1个字节可以储存1个英文字母或者半个汉字，换句话说，1个汉字占据2个字节的存储空间。

KB：在一般的计量单位中，通常K表示1000。

例如：1公里= 1000米，经常被写为1km；1公斤=1000克，写为1kg。

同样K在二进制中也有类似的含义。

只是这时K表示1024，也就是2的10次方。

1KB 表示1K个Byte，也就是1024个字节。

MB：计量单位中的M(兆)是10的6次方，见到M自然想起要在该数值的后边续上六个0，即扩大一百万倍。

在二进制中，MB也表示到了百万级的数量级，但1MB不正好等于1000000字节，而是1048576字节，即1MB = 2E+20 Bytes = 1048576Bytes。

秒的认识秒的认识秒，是时间的基本单位之一，也是我们日常生活中经常使用的时间单位。

它的定义是国际单位制中的基本时间单位，符号为s。

秒的定义是，国际单位制中时间的基本单位，定义为铯-133原子的两个超精细能级之间的跃迁辐射的9192631770倍。

这个定义是基于铯原子的稳定性和精确性，使得秒的定义更加准确和可靠。

秒的历史可以追溯到古代，人们在日常生活中也会通过一些简单的方式来计算时间，比如通过太阳的位置来判断时间的长短。

但是，随着科学技术的发展，对时间的精确度要求也越来越高，于是秒作为时间单位就应运而生了。

最早的秒的定义是以地球自转周期的1/86400作为一秒的定义，但是由于地球自转周期的不稳定性，这种定义方式并不够准确。

直到1967年，国际单位制通过了新的秒的定义方式，即以铯-133原子的两个超精细能级之间的跃迁辐射的9192631770倍作为一秒的定义。

这个定义方式的优势在于铯原子的稳定性和精确性，使得秒的定义更加准确和可靠。

从此以后，秒的定义就一直延续至今，成为国际单位制中时间的基本单位。

在日常生活中，我们经常会使用秒来计算时间的长短。

比如，用秒来计算一个人的反应时间，或者用秒来计算一段音乐的节奏。

而在科学研究和工程技术中，秒更是必不可少的时间单位。

比如，在天文学中，秒被用来计算星体的运动和位置；在物理学中，秒被用来计算微观粒子的运动和相互作用；在工程技术中，秒被用来计算机器的运行和控制。

除了在日常生活和科学技术中的使用，秒还在一些特殊的领域中扮演着重要的角色。

比如，在体育比赛中，秒被用来计算运动员的成绩和排名；在金融交易中，秒被用来计算股票和外汇的交易价格；在航空航天中，秒被用来计算飞行器的轨道和导航。

总的来说，秒作为时间的基本单位，是我们日常生活中不可或缺的一部分。

它的定义和使用不仅在科学技术领域中发挥着重要作用，也在日常生活中扮演着重要的角色。

通过对秒的认识，我们可以更好地理解时间的概念和运用，也可以更好地利用时间来提高生活和工作的效率。

时钟秒钟的概念时钟秒钟是时间计量单位中的最小单位，用来表示一秒钟的时间长度。

时钟秒钟的概念源自于人类对时间的观察和需求，它的定义是基于一些物理现象的规律，使得人们能够统一地测量和刻画时间。

在现代的时间系统中，一秒钟被定义为铯-133原子的特定辐射频率所固有的周期时间的9,192,631,770 倍。

这个定义使得秒钟成为一个精确的单位，与地球的自转和其他天文现象无关。

秒钟的定义也被国际单位制（SI）所采纳，这使得秒钟成为国际公认的时间单位。

时钟秒钟的发展与人类对时间测量的需求密不可分。

在古代，人们使用天文观测的方式来测量时间。

例如，太阳的出没和星座的位置被用来表示一天的进程。

然而，用天体观测来测量时间存在许多问题，比如天气的变化和天体的运动不够精确，尤其是对于更小的时间间隔。

为了解决这个问题，人们开始研究和开发更精确的时间测量方法。

中世纪时，一种叫做“沙漏”的装置被广泛使用，它的原理是通过流沙或者小颗粒的掉落来表示时间的流逝。

然而，沙漏的精度还是有限。

到了17世纪，人们发明了摆钟和机械钟，它们通过钟摆的摆动或者齿轮的齿距来测量时间。

这些钟表的精度有了很大的提升，但仍然存在一些缺陷，例如温度和摆动幅度的变化会对时间的测量造成影响。

19世纪末，现代原子物理学的发展引发了对时间更精确测量的研究。

在20世纪初，人们开始尝试使用原子振荡的特性来测量时间间隔。

最终，铯原子的辐射频率被确定为秒钟的定义。

时钟秒钟的引入对科学研究和现代技术的发展有着巨大的影响。

精确的时间测量在航空航天、通信、导航、计算机科学等领域都扮演着重要角色。

例如，在卫星导航系统中，通过测量信号的传播时间来计算位置和导航信息。

在高速计算机中，时钟信号被用来同步各个处理器和设备之间的操作。

此外，时钟秒钟的概念也对人类的生活产生了深远的影响。

精确的时间测量使得人们能够更好地组织和计划自己的生活。

例如，人们可以准确地安排会议时间、航班时间和交通出行等。

时刻的大体单位——秒的规定长度、质量和时刻是力学中的三个大体量，这三个量的单位不仅在物理学中处于重腹地位，而且在其它学科和日常生活中也离不开它们。

在国际单位制中这三个量的大体单位别离是米、千克、秒。

那么这些大体单位是如何规定的？在中学物理教材中对米和千克的规定已有表达，而对时刻的大体单位——秒的规定未作介绍。

在这篇文章中笔者试图用目前中学利用的理化教材中的知识对“秒”的规定的要紧方面及其前后变迁情形作一介绍。

一．秒的最初规定：太阳早升晚落是人们常常观看到的现象，太阳在天空的位置也就自然成为人们观看时刻的依据。

太阳持续出此刻天空同一名置所通过的时刻距离叫做一天，也确实是天文学中的“真太阳日”。

应该说明的是真太阳日并非等于地球自转一周的时刻，这是由于地球除自转外还绕太阳作公转。

公转轨道是椭圆，太阳在椭圆的一个核心上。

本地球自转一周时，同时在公转轨道上地球通过一段孤长，相应地地球自转必需多转必然角度才能在地面上观看到太阳和前一天出此刻同一名置的情形。

如图一所示。

可见用太阳的位置来观看时刻，其结果不仅和地球自转有关也和地球绕太阳公转有关。

不幸的是地球在公转轨道上的运动并非是匀速的，依照描述行星运动的开普勒定律可知太阳和行星的联线在相等的时刻内扫过相等的面积，因之地球运动到近日点时它的线速度最大，而在远日点时线速度最小，如图二所示。

也能够作如下简单推导，设在近日点处地球速度为v1地日距r1；远日点处地球速度为v2，地日距为r2。

面积速度相等即v1r1=v2r2，由此式可得使得各个真太阳日的时刻距离不等，这对观日按时是不利的。

于是人们把一个回归年的所有真太阳日加以平均，其平均值叫平太阳日。

1789年法国成立特设科学委员会研究时刻计量标准，历时近30年于1820年正式提出最初的秒长概念：平太阳日时刻长度的86400分之一规定为一秒。

秒长的这一规定由1820年利用到1960年。

由此概念，明显看出它是成立在地球自转的基础上的。

“时间”和“时刻”以及它们的计量单位的区别
[时间和时刻]“列车什么时间到站？张华跑百米用了多长时间？”这两个问题中所用的“时间”一词的含义是不同的。

第一个“时间”是生活用语、习惯说法，若用专业术语表述应当是“时刻”，即：列车什么时刻到站.
钟表的表面上显示的某一特定瞬间叫时刻。

如：会议5点30分开始。

时刻只有先后，没有长短，不能计量，可以表示，具有序数的意义。

两个不同时刻之间的间隔叫时间。

如：会议从8点30分开始到11点30分结束，共用了3小时，3小时就是时间。

时间没有先后，只有长短，可以计量，具有基数意义。

如果把时间比作数轴上的一条线段，那么时刻就是数轴上的一个点，因此“时刻”与“时间”有如下关系：时间=末时刻－初时刻。

[时刻的表示与时间的计量单位]通常不加区别，统一用世纪、年、月、日、时（也叫小时）、分、秒、毫秒、微秒等，生活中有时也用年代、旬、星期（周）、刻等。

曾有人建议，规定“时”是“时刻”的单位，“小时”是“时间”的单位。

这种说法缺乏科学依据，“点”“小时”等都只不过是“时”的不同的习惯说法。

根据所研究问题精确度的不同要求，“时刻”与“时间”也具有相对性。

例如，中华人民共和国成立于1949年10月1日，这“一天”在历史长河中也是“时刻”；秒针跳动的一下，在微观物理学的研究中也是一段不短的“时间”
在国际单位制中，秒是时间的主单位，其定义是“铯-133原子基态的两个超精细能级之间跃迁所对应的辐射的9192631770个周期的持续时间”。

其余的时间单位则用秒的倍数或分数单位表示。

秒定义变革及我国时间频率基准的发展和应对曹士英　房芳(中国计量科学研究院时间频率计量科学研究所,北京100029)摘要:国际单位制的量子化变革使得除了物质的量的定义外,其他国际单位的定义都与时间单位建立了直接或间接的联系㊂高准确度的时间频率基准在国民经济建设㊁国防建设和科学研究中发挥着重要的作用㊂主要介绍了时间单位的定义从天文秒到原子秒的发展历程以及关于秒定义变革的讨论和对原子钟的要求,并介绍了我国国家计量院在时间频率基准方面的研究工作及应对措施㊂关键词:秒定义;时间频率基准;铯原子喷泉钟;光钟中图分类号:TN99;O562.3㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标志码:A引用格式:曹士英,房芳.秒定义变革及我国时间频率基准的发展和应对[J].信息通信技术与政策, 2022,48(7):2-8.DOI:10.12267/j.issn.2096-5931.2022.07.0010㊀引言时间单位秒(s)是国际单位制(International System of Units,SI)七个基本单位之一,也是测量准确度最高的基本单位㊂2019年5月20日,国际单位制中的4个基本单位得以重新定义,至此除了物质的量(摩尔)的定义外,其他国际单位的定义都可以通过时间单位直接或间接导出㊂高准确度的时间频率基准不仅是国民经济建设㊁国防建设和科学研究的重要技术基础,也在全球卫星导航系统㊁深空探测㊁高速通信㊁电力电网㊁金融等领域发挥着极其重要的作用㊂时间单位的定义经历了从天文秒到原子秒的发展历程㊂现行秒长国家计量基准是直接复现秒定义的铯原子喷泉钟㊂铯原子喷泉钟输出9192631770Hz的基准频率[1]㊂随着高精度原子钟技术的不断进步,铯原子喷泉钟的不确定度已达到小数10-16的水平[2],有望成为下一代秒定义的光钟的不确定度也已进入了10-19量级[3]㊂本文主要介绍了时间频率基准的发展历程和秒定义变革的相关情况,并介绍了我国国家计量院在时间频率基准方面的研究工作及应对措施㊂1㊀天文秒人类对时间最早的认识是通过太阳的东升西落,对时间单位的定义也是根据地球的自转㊂人类从对天文现象的初始观测中认识到地球的周期性运动,并逐渐建立起时间的观念㊂在现代时间概念发展历程中,基于地球自转的时间体系称为世界时,基于地球公转的时间体系称为历书时,两者统称天文时㊂天文测量不能直接产生天文秒㊂天文 时间基准 只产生基准时间周期,如世界时产生 平太阳日 日长,历书时使用1900年的 回归年 作为年长㊂天文时依赖守时钟的连续运行和均匀细分产生并保持日㊁时㊁分㊁秒㊂用现代时间概念描述天文时,即根据天文测量基准日长或基准年长,进而校准守时钟产生时标㊂但由于地球的自转和公转的周期并不恒定,从而导致由天文时产生的秒的长度也不相同,存在一定的不可预测性㊂2㊀原子秒20世纪中期,随着原子物理的成形和发展,科学家认识到原子内电子能级间的特征跃迁频率在稳定度和复现性上都超越了天文现象产生的稳定度和复现性,是作为时间频率基准的合适选择㊂1955年,英国国家物理实验室(National Physical Laboratory, NPL)报道了世界上第一台热铯原子束频率标准[4]㊂随即,美国海军天文台(United States Naval Observatory, USNO)和NPL合作,依据天文历书时标定了NPL铯频标的微波跃迁频率为9192631770Hz,相对准确度为2.2ˑ10-9[5]㊂1961年,国际计量委员会(International Committee for Weights and Measures,CIPM)建议采用铯原子基态跃迁作为秒定义的候选㊂1967年,第13届国际计量大会(General Conference on Weights and Measures,CGPM)通过了采用铯原子跃迁频率来定义秒的决议,即:铯133原子基态的两个超精细能阶间跃迁对应辐射的9192631770个周期的持续时间[6]㊂2018年,CGPM进一步采用基于常数的新理念重新表述了秒定义:铯133原子不受干扰的基态超精细跃迁频率ΔνCs为9192631770Hz[7]㊂从而秒定义表述为:当ΔνCs以单位Hz(=s-1)表示时,其固定数值定义为秒㊂目前,铯原子喷泉钟的相对频率不确定度已达到1.71ˑ10-16[8]㊂现今,国际计量局(Bureau International des Poids et Mesures,BIPM)主导 国际原子时合作 产生国际通用的协调世界时(Coordinated Universal Time,UTC):分布在世界各地的约80个守时实验室利用450~500台商品守时原子钟产生各自的本地时标[9]㊂通过卫星比对,这些实验室将守时钟数据报送BIPM,加权平均得到自由原子时(Echelle Atomique Libre,EAL)㊂EAL 是异地多台守时钟的平均结果,不但稳定,而且可靠㊂少数国家研制的喷泉频率基准复现秒定义,驾驭修正EAL的长期漂移和系统偏差,产生不仅稳定可靠,而且准确的国际原子时标(Temps Atomique International,TAI)㊂TAI不定期插入闰秒就是UTC㊂TAI和UTC的不稳定度为3.5ˑ10-16/30D,不确定度为2ˑ10-16[10]㊂UTC是事后的纸面时,UTC(k)是守时实验室k保持的UTC的本地物理复现,如中国计量科学研究院(Natioanl Instoitute of Metrology,China,NIM)守时实验室保持的UTC的物理复现表示为UTC (NIM)㊂BIPM每月发布时间公报(Circular T),公布时间偏差UTC-UTC(k)及其不确定度等信息㊂在过去的20年里,来自不同国家的大约十几个喷泉钟对TAI作出了贡献,其中我国的铯原子喷泉钟NIM5是其中的一员㊂与微波频率标准相比,光学频率标准的工作频率比微波频率标准高出4~5倍,因此具有更高的频率稳定度和更低的频率不确定度㊂光钟的研究工作始于20世纪70年代㊂在1997年诺贝尔物理奖 激光冷却技术和2005年诺贝尔物理奖 飞秒光学频率梳技术的推动下,光钟的研究得到了快速发展,并开始超过铯原子喷泉钟㊂离子协同冷却㊁离子态的量子逻辑探测㊁光晶格囚禁原子㊁光晶格魔术波长㊁超稳光学腔㊁超稳激光㊁低温制冷原子室和热屏蔽腔抑制黑体辐射频移等一系列技术的实现,进一步促进了光钟指标的提升㊂光钟的不确定度可以达到小数10-18甚至进入10-19的量级[3,11]㊂目前,已经有10个光跃迁频率(包括2个新跃迁频率88Sr和40Ca+)和一个微波跃迁(87Rb)被推荐作为次级秒定义㊂根据参考量子体系不同,光钟可分为中性原子光晶格钟和离子光钟㊂其中,光晶格钟同时囚禁测量多个原子,具有信噪比高㊁频率稳定度高的优势,但需要多维冷却和光势阱实现,系统方案较为复杂㊂离子光钟通常囚禁单个离子,稳定度稍逊于光晶格钟,但离子的囚禁寿命和相干时间长且无碰撞频移,物理系统简单紧凑,因此不确定度更低㊁更容易实现小型化和搬运㊂在光钟的研究过程中,光学频率梳作为关键技术在光钟的绝对频率测量和光钟的比对测量中都发挥着重要的作用㊂光学频率梳梳齿覆盖的波长范围广,并且梳齿之间保持着良好的相干性,以一种相对简单的方式实现了微波频率和光学频率的直接链接,从而光钟的绝对频率测量可直接溯源到现行秒定义 铯原子喷泉钟或喷泉钟组㊂同时,由于光学频率梳梳齿可覆盖多个光钟的光学频率,因此可直接实现不同种离子或原子光钟的比对测量㊂当同时测量两个独立于光学频率梳的光学频率的比率时,数据符合在10-21量级[12],从而证明了光学频率梳在当前光钟不确定度限制下完全可以支持光学频率比测量㊂3㊀秒定义变革讨论3.1㊀秒定义修改的3种选择随着高准确度时间频率应用的需求和光钟技术指标的不断提高,国际时间频率咨询委员会(Consultative Committee for Time and Frequency,CCTF)开始组织讨论秒定义修改的提议,并根据现在的理论技术发展提出了秒定义修改的3种选择㊂3.1.1㊀与现在的秒定义类似,选择单一频率跃迁作为新定义㊀㊀备选频率包括中性原子(87Sr㊁88Sr㊁171Yb㊁199Hg 等)和离子(199Hg+㊁40Ca+㊁88Sr+㊁171Yb+等)的钟跃迁频率㊂这种定义的物理意义清晰㊂不同种类的光钟各具优势㊂晶格光钟同时囚禁测量多个原子,具有信噪比高㊁频率稳定度高的优势,但需要多维冷却和光势阱实现,系统方案较为复杂㊂而离子光钟通常囚禁单个离子,稳定度稍逊于晶格光钟,但离子的囚禁寿命和相干时间长,与背景噪声更好隔绝且物理系统简单紧凑,不确定度更低,更容易实现小型化和搬运㊂因此,该方案很难确定最佳秒定义候选㊂3.1.2㊀采用一组跃迁频率作为新定义利用一组跃迁频率的几何平均值定义一个频率值v=1NΠiɪCνw i i,式中,v i是某一跃迁频率,N是一个无量纲常数,w i表示频率v i的权重,与其不确定度相关㊂ði wi=1以确保ν的单位为Hz㊂此种定义方式是一种全新的单位定义方式,利用一组跃迁频率,常数N可以随着权重的重新分配或者新型光钟的加入动态变化㊂这种方式无法通过一套实验装置直接复现秒定义㊂每种光跃迁频率均有推荐值和相应的不确定度㊂3.1.3㊀和其他几个基本单位的定义一样,定义一个基本物理常数㊀㊀例如将电子质量定义为常数,通过hv e=m e c2得到Compton频率㊂此种定义的优势是物理概念清晰,且不随时间㊁地点变化㊂复现的方式可以通过定义一列类参考频率实现㊂但目前,利用物理常数定义频率的所有相关实验,其测量不确定度指标远远低于目前复现秒定义的铯原子喷泉钟的指标,因此无法利用到目前时间频率测量的高准确度㊂3.2㊀秒定义修改路径CCTF在给出秒定义的3种选择的同时,还对现有时间频率相关技术的发展提出了相关要求㊂在这些技术目标和政策实现后才能完成最终的秒定义变革㊂具体秒定义修改路径如下㊂3.2.1㊀对原子钟的要求(1)光频标准确度要求•至少有3个实验室研制的基于同一跃迁的光频标,自评定不确定度ɤ2ˑ10-18㊂•至少有基于3个不同跃迁的光频标(同一或不同实验室),自评定不确定度ɤ2ˑ10-18㊂(2)光频标不确定度评定有效性验证 频率比值•同种光钟测量结果一致性:至少3次;光钟的频率比值的吻合度在Dn/nɤ5ˑ10-18范围内(通过移动光钟或者高稳定度链路)㊂•不同种光钟比值:至少5次;光钟或其他光钟的频率比值(每个比值至少在2个不同的实验室测量)的吻合度在Dn/nɤ5ˑ10-18范围内(直接测量通过移动光钟或者高稳定度链路)㊂(3)从铯频率过渡到新定义的连续性至少有3次独立利用TAI或者铯原子喷泉钟对中光钟的绝对频率测量(不同或同一实验室),测量结果不确定度受限于铯原子喷泉钟或者TAI(Dn/nɤ3ˑ10-16)㊂(4)光钟对TAI产生具有常规性贡献在1年中5台常规报数的光钟里面,每个月至少有3台光钟参与驾驭产生TAI(不确定度ɤ2ˑ10-16,不包括二级定义的不确定度)㊂检查由光钟作为基准而由铯原子喷泉钟作为二级定义TAI产生无影响㊂(5)高可靠性光频标光频标在实验室环境中具备连续可靠运行>10D 的能力㊂(6)光频标对UTC(k)的产生有常规性贡献参与驾驭产生TAI的光频标对相关实验室UTC (k)的驾驭㊂3.2.2㊀对时间频率比对的要求(1)可持续光频标比对的可行性:在国家内或者洲际内(至少对研制1台光钟的国家计量院)可行的通过移动钟或者时频链路实现5ˑ10-18频率持续比对技术㊂重复链路不确定度评定的能力㊂(2)本地引力势大小的计算测量水平:对引力势差的测量计算和光钟的准确度指标及频率比值测量不确定度一致参加TAI驾驭时,引力势引进的不确定度ɤ10-17㊂(3)高可靠高稳定度的时频比对链路:对可连续长时间运行的高稳定时频比对链路的需求,实现光钟比对及驾驭TAI不受此限制㊂3.2.3㊀接收新定义的条件(1)定义可以实现在未来更加准确的复现(2)各国家计量院可以复现新定义或次级定义•利用容易理解的清晰的不确定度评定复现新定义㊂•铯原子频标作为次级秒定义㊂(3)重新定义后复现和对时标的持续改进各国家计量院的承诺如下㊂•改进并运行光钟复现新定义和次级定义(确保可靠/连续运行㊁常规驾驭TAI等)㊂•继续保持铯原子喷泉钟在相当时间内运行㊂(4)商品光钟的实现(5)传输给用户信号的提高4㊀我国国家计量院时间频率基准的发展和应对㊀㊀时间频率计量的准确度是反映一个国家战略竞争力的重要标志之一㊂基准原子钟是时间频率计量体系的源头,属于准确度最高的计量型科学仪器,其准确度决定着国家时间频率计量体系的技术水平㊂高准确度原子钟系列的研制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㊂作为国家级的法定计量机构,中国计量科学研究院长期开展时间频率基准的研制工作,从早期的热束型铯基准钟,到目前的激光冷却铯原子喷泉钟,再到有望成为未来秒定义的光钟㊂中国计量科学研究院从1965年开始研制第一台铯束原子频率标准NIM1,铯束管长度为3m,至1977年研制完成,准确度为1ˑ10-11,达到当时美国商品铯原子钟的水平;1980年完成5m长铯束管时频基准器的研制;1981年研制NIM3且通过科研成果鉴定,并于1983年由原国家计量局正式批准授权作为国家时频基准;1986年将NIM3准确度提高到5ˑ10-13,达到当时国际先进水平(见图1)㊂中国计量科学研究院于1997年开始研制激光冷却铯原子喷泉钟NIM4,于2003年实现不确定度达到8ˑ10-15[13],于2005年进一步改进后使确定度达到5ˑ10-15(见图2)㊂中国计量科学研究院于2005年开始研制激光冷却铯原子喷泉钟NIM5,经过5年的努力于2010年实现了1.5ˑ10-15的不确定度指标[14],准连续运行率99.2%(见图3)㊂NIM5铯原子喷泉钟于2014年被接收为BIPM认可的基准钟,参与驾驭TAI,于2018年被改进后重新评定的不确定度达到9ˑ10-16㊂在传统铯原子喷泉钟中采用超稳晶振作为短稳本振源,受其短期稳定度限制,喷泉钟需要连续运行10D 左右才能达到稳定度平台㊂这使得喷泉钟的实验和评定都极为耗时,也难于实现与光钟的比对㊂而将超稳微波用于喷泉钟的短期稳定度参考,可以铯喷泉钟实现最终稳定度的时间从10D缩短到1~2D㊂中国计量科学研究院已开展基于超稳激光和光纤光学频率图1㊀NIM3磁选态铯束原子钟图2㊀NIM4激光冷却铯原子喷泉钟图3㊀NIM5激光冷却铯原子喷泉钟梳技术产生的超稳微波源研究,形成了原理样机和实验室装备㊂超稳微波源1~100s的稳定度优于5ˑ10-15,30D有效运行率优于99.9%[15],可为时间频率㊁计量检测㊁相控雷达等领域提供优质的微波信号㊂2019年,中国计量科学研究院进一步攻克了冷原子制备㊁冷却和探测等关键技术,结合超稳微波源的应用,成功研制出铯原子喷泉钟NIM6,其频率不确定度优于5.8ˑ10-16(见图4)㊂未来,NIM5和NIM6将组成钟组共同驾驭TAI㊂现在,中国计量科学研究院保存着我国国家秒长基准 激光冷却铯原子喷泉钟NIM5和国家时标基准UTC(NIM)㊂这二者共同构成了中国的时间频率基准,形成了中国时间频率计量体系的源头,其基本作用就是保持我国时间的连续运行,产生和保持高度准确㊁稳定的国家统一使用的标准时间,同时产生高度准确的时间频率信号用于国内的量值传递,满足国内更领域的实际需求[16]㊂由于目前光钟种类较多,秒定义变更后的基准光钟种类还不确定㊂为了应对秒定义变革,中国计量科学研究院从2006年开始研制锶原子光晶格钟,又于2015年完成了我国第一台基于中性原子的光钟NIM-Sr1,其系统频移不确定度为2.3ˑ10-16,绝对频率测量不确定度为3.4ˑ10-15[17],数据报送给CCL-CCTF频率标准工作组并被采纳,参与了锶原子光钟频率2015年国际推荐值计算㊂2021年,NIM-Sr1的系统频移评定不确定度进一步提升至2.9ˑ10-17,绝对频率测量不确定度为3.1ˑ10-16[18],与此同时开展的NIM-Sr2,其系统频移评定不确定度达到8.9ˑ10-18(见图5)㊂相较于探测原子数目较大而在稳定度上占优势的光晶格钟,离子光钟受到的环境扰动更小因而准确度更高㊂其中镱离子光钟拥有两条成为次级秒定义的钟跃迁谱线,且囚禁时间长达数月,其八极跃迁谱线自然线宽在n Hz量级㊂另外,镱离子的冷却㊁重泵㊁探测等激光均可通过半导体激光器直接获得,镱离子光钟系统具有更好的应用前景㊂中国计量科学研究院自2020年开始布局镱离子光钟的研制[20],目标是在2025年完成镱单离子光钟的研制,使其不确定度达到5ˑ10-18,目前已完成物理系统及光学系统的搭建㊂在光钟的绝对频率测量和比对测量方面,中国计量科学研究院已开展了掺铒光纤光学频率梳和双光梳时频传递技术的研究㊂掺铒光纤光学频率梳实现了500~2200nm的宽带光谱覆盖,连续锁定时间超过30D[21],其中窄线宽的光学频率可实现698~1542nm 的传递,可覆盖多个光钟的输出频率,梳齿线宽与参考光学频率线宽一致(Hz量级线宽),其具体装置如图6所示㊂在双光梳时频传递技术方面,中国计量科学研究院在国内建立了第一套基于超窄线宽激光锁定的双光梳系统[22](见图7),经过与第三套线宽约为1Hz的连续激光拍频测试,两套光梳梳齿之间的相对线宽优于1Hz;经有效隔振单台光梳梳齿绝对线宽也可优于1Hz,为国产化双光梳时频传递装置的建立提供了基础㊂在高准确度的时频传递方面,中国计量科学研究院成功研制了远程时间溯源装置 NIMDO,实现了基于全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)时间频率传递的可准实时验证的溯源图4㊀NIM6激光冷却铯原子喷泉钟图5㊀NIM-Sr2锶原子光晶格钟[19]图6㊀掺铒光纤光学频率梳图7㊀基于超窄线宽激光锁定的双光梳系统或授时技术,通过GNSS实现远程时间频率源与原子时标国家计量基准UTC(NIM)的比对,进而实现远程时间频率源与UTC(NIM)的实时同步㊂以UTC (NIM)作为参考时,可在远程端以偏差优于10ns㊁合成标准不确定度优于5ns的水平复现UTC(NIM)㊂5㊀结束语从天文秒到原子秒,时间单位的不确定度已提高到5~6个数量级,目前的时间单位的不确定度已达到小数10~16的水平,而有望成为下一代秒定义的光钟的不确定度也已进入了10~19量级㊂时间单位指标的提升带动了一系列领域的技术创新和原理创新,同时也需要更多技术的支持㊂在时间频率基准的研究方面,我国的国家计量院,在铯原子喷泉钟㊁原子时标㊁光钟㊁超稳微波源㊁光学频率梳㊁时频传递等方面都开展了大量的工作并取得了一系列的成果㊂从时间频率基准的发展角度看,无论是复现秒定义的铯原子喷泉钟还是有望成为未来秒定义的光钟,一方面需要不断提高准确度㊁稳定度㊁连续运行率等技术指标,另一方面需要基于现有指标加快推动时间频率基准的传递和应用工作㊂参考文献[1]Bureau International des Poids et Mesures.SI base unit: second(s)[EB/OL].[2022-06-13].https://www./en/si-base-units/second.[2]HEAVNER T P,DONLEY E A,LEVI F,et al.First accuracy evaluation of NIST-F2[J].Metrologia,2014,51 (3):174-182.[3]BREWER S M,CHEN J S,HANKIN A M,et al.27Al+quantum-logic clock with a systematic uncertainty below 10-18[J].Physical Review Letters,2019,123(3):033201.[4]ESSEN L,PARRY J V L.An atomic standard of frequency and time interval:a Cæsium resonator[J]. 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Keywords:definition of the unit of time;time and frequency primary standard;caesium fountain clock;optical clock(收稿日期:2022-06-13)。

国际基本单位制国际基本单位制是国际上统一的计量单位体系，用于衡量物理量的大小。

这个体系由国际计量学委员会维护和发展，由七个基本单位以及它们之间的关系构成，这七个基本单位分别是：秒（s）、米（m）、千克（kg）、安培（A）、开尔文（K）、摩尔（mol）和坎德拉（cd）。

下面将详细介绍这七个基本单位以及它们的定义和应用。

1. 秒（s）：秒是国际标准时间单位，定义为铯原子从基态到超精细结构能级之间跃迁辐射的9192631770个周期所用的时间。

秒的应用范围涉及时间、速度、加速度等物理量。

2. 米（m）：米是国际标准长度单位，定义为光在真空中在1/299,792,458秒内传播的距离。

米的应用范围包括距离、速度、加速度等物理量。

3. 千克（kg）：千克是国际标准质量单位，定义为国际原子能机构中保存的铂铱合金制品的质量。

千克的应用范围涉及质量、力、能量等物理量。

4. 安培（A）：安培是国际标准电流单位，定义为通过导线中的电荷在1秒内经过的数量。

安培的应用范围包括电流、电荷量、电功率等物理量。

5. 开尔文（K）：开尔文是国际标准温度单位，定义为绝对零度（-273.15摄氏度）的1/273.16。

开尔文的应用范围涉及温度、热力学等物理量。

6. 摩尔（mol）：摩尔是国际标准物质的量单位，定义为含有6.02214076 x 10^23个粒子的物质。

摩尔的应用范围包括物质的量、物质浓度等物理量。

7. 坎德拉（cd）：坎德拉是国际标准光强度单位，定义为单位固体角范围内辐射的光源，使得其频率为540 x 10^12赫兹的辐射强度等于1/683焦耳/秒。

坎德拉的应用范围包括光强度、光通量等物理量。

这些基本单位之间的相互关系以及它们的导出单位可以通过物理学定律和公式来表示。

例如，速度可以用米每秒（m/s）来表示，加速度可以用米每秒平方（m/s^2）来表示，力可以用千克·米每秒平方（kg·m/s^2）来表示，这些单位都是基于国际基本单位制构建的。

hz和s的关系
摘要：
1.hz 和s 的定义
2.hz 和s 的联系
3.hz 和s 的应用
正文：
1.hz 和s 的定义
hz 是频率的单位，表示每秒钟震动的次数。

s 是秒，是时间的单位。

在物理学中，频率和时间是密切相关的概念。

频率可以用来描述物体在单位时间内完成的周期性运动次数。

2.hz 和s 的联系
hz 和s 的关系可以通过公式来表示。

频率（f）等于1 除以周期（T）。

周期是指物体完成一次运动所需的时间。

因此，我们可以得出公式：f = 1/T。

其中，f的单位是Hz，T的单位是秒（s）。

从这个公式中，我们可以看出，频率和时间之间的关系是倒数关系。

也就是说，频率越高，周期越短；频率越低，周期越长。

3.hz 和s 的应用
hz 和s 在物理学、工程学、电子学等领域都有广泛的应用。

例如，在电磁波的传播中，频率的单位是Hz，表示电磁波每秒钟震动的次数。

而在电路中，频率的单位也是Hz，表示交流电每秒钟变化的次数。

此外，hz 和s 也用于描述物体的振动、波动等现象。

总的来说，hz 和s 是物理学中非常重要的概念，它们用于描述物体的周期性运动和时间的关系。

秒的定义标准
秒的定义标准：时间的基本计量单位规定为秒，这个标准同样是在黄裳弟子的主持下测定的，他在南京紫金山建立了天文观测台，以太阳连续两次通过紫金山天文台的经线为一天，称之为一个太阳日，以一太阳日的86400分之一为一秒；但后来在长期的连续观测中发现，一年中太阳日的长短并不一样，最长的是12月23日，最短的是9月16日，长短相差51秒；于是提出平太阳日的概念，假想有一个均匀速度的天体在黄道上运动，这个假想的天体被称为“平太阳”，把这个平太阳连续两次通过同一子午线的时间称之为平太阳日，把平太阳日86400分之一为一秒，就比原来精确多了。

规定1分钟等于60秒，
1小时等于60分钟，1天等于24小时，1时辰等于2小时。

1960年10月十一届国际计量大会确定了国际通用的国际单位制，简称SI制。

七个基本物理单位：长度m （米）时间s （秒）质量kg （千克、公斤）热力学温度（Kelvin温度）K （开尔文）电流单位A （安培）光强度单位cd（坎德拉、烛光）物质量mol （摩尔）二个辅助单位：平面角弧度rad （弧度）立体角球面度Sr （球面度）SI七个基本物理单位的定义：米：光在真空中（1/299 792 458）s时间间隔内所经过路径的长度。

[第17届国际计量大会（1983）]千克：国际千克原器的质量。

[第1届国际计量大会（1889）和第3届国际计量大会（1901）]秒：铯-133原子基态的两个超精细能级之间跃迁所对应的辐射的9 192 631 770个周期的持续时间。

[第13届国际计量大会（1967），决议1]安培：在真空中，截面积可忽略的两根相距1 m的无限长平行圆直导线内通以等量恒定电流时，若导线间相互作用力在每米长度上为2×10-7 N，则每根导线中的电流为1 A。

[国际计量委员会（1946）决议2。

第9届国际计量大会（1948）批准]开尔文：水三相点热力学温度的1/273.16。

[第13届国际计量大会（1967），决议4]摩尔：是一系统的物质的量，该系统中所包含的基本单元（原子、分子、离子、电子及其他粒子，或这些粒子的特定组合）数与0.012 kg碳-12的原子数目相等。

[第14届国际计量大会（1971），决议3]坎德拉：是一光源在给定方向上的发光强度，该光源发出频率为540×1012 Hz的单色辐射，且在此方向上的辐射强度为（1/683）W/sr。

[第16届国际计量大会（1979），决议3]基本量与导出量物理量是通过描述自然规律的方程或定义新的物理量的方程而相互联系的。

因此，可以把少数几个物理量作为相互独立的，其他的物理量可以根据这几个量来定义，或借方程表示出来。

这少数几个看作相互独立的物理量，就叫做基本物理量，简称为基本量。

高中物理时间时刻知識梳理时间和时刻是高中物理中的基本概念，它们在物理学中具有重要的意义。

下面是对高中物理中时间和时刻的知识梳理。

1.时间的定义：时间是用来描述事件发生顺序和持续时间的物理量。

在国际单位制中，时间的单位是秒（s）。

2.时刻的定义：时刻是指某一事件发生或被观察到的具体瞬间。

时刻通常使用24小时制表示，并包括小时、分钟和秒。

3.时间的测量：为了准确测量时间，我们使用各种不同的时间测量工具，如钟表、计时器、手机等。

4.时间的计量单位：除了秒以外，还有一些常用的时间计量单位：-分钟（min）：1分钟=60秒-小时（h）：1小时=60分钟=3600秒-天（d）：1天=24小时=1440分钟=86400秒-周（wk）：1周=7天-月（mo）：通常指平均月份，1个月约为30.44天5.时间的运算和换算：在物理计算中，常常需要进行时间的运算和换算。

例如，可以将小时转换为分钟或秒，或者将天转换为小时等。

6.时间的速率和频率：在物理中，我们还经常涉及到时间的速率和频率概念。

-速率：速率是指某一事件或过程所发生的次数与所用时间的比值。

例如，车辆的速率可以表示为每小时行驶的公里数。

-频率：频率是指某一事件或过程在单位时间内发生的次数。

频率的单位是赫兹（Hz），1Hz表示每秒发生一次。

7.时间的相对性：根据相对论的理论，时间是相对的，不同参考系下的时间可能会有差异。

当速度接近光速时，时间会出现“时间膨胀”现象。

通过对高中物理中时间和时刻的知识梳理，可以帮助学生更好地理解时间的概念、测量和计算方法，以及其在物理学中的应用。

教师可以结合实际问题和案例，引导学生进行相关练习和讨论，培养学生的物理思维和解决问题的能力。

同时，学生也需要注重时间观念的养成，合理规划和利用时间，提高学习效率。

时钟频率（又译：时钟频率速度，英语：clock rate），是指同步电路中时钟的基础频率，它以“若干次周期每秒”来度量，量度单位采用SI单位赫兹（Hz）。

它是评定CPU性能的重要指标。

一般来说主频数字值越大越好。

外频，是CPU外部的工作频率，是由主板提供的基准时钟频率。

FSB频率，是连接CPU和主板芯片组中的北桥芯片的前端总线（Front Side Bus）上的数据传输频率。

CPU的主频和外频间存在这样的关系：主频=外频×倍频。

在电子技术中，脉冲信号是一个按一定电压幅度，一定时间间隔连续发出的脉冲信号。

脉冲信号之间的时间间隔称为周期；而将在单位时间（如1秒）内所产生的脉冲个数称为频率。

频率是描述周期性循环信号（包括脉冲信号）在单位时间内所出现的脉冲数量多少的计量名称；频率的标准计量单位是Hz（赫兹）。

电脑中的系统时钟就是一个典型的频率相当精确和稳定的脉冲信号发生器。

频率在数学表达式中用“ f ”表示，其相应的单位有：Hz（赫兹）、kHz（千赫兹）、MHz （兆赫兹）、GHz【吉赫兹（1吉=1000000000）】。

其中1GHz=1000MHz，1MHz=1000kHz，1kHz=1000Hz。

计算脉冲信号周期的时间单位及相应的换算关系是：s（秒）、ms（毫秒）、μs（微秒）、ns（纳秒），其中：1s=1000ms，1 ms=1000μs，1μs=1000ns。

CPU的主频，即CPU内核工作的时钟频率（CPU Clock Speed）。

通常所说的某某CPU是多少GHz的，而这个多少GHz就是“CPU的主频”。

很多人认为CPU的主频就是其运行速度，其实不然。

CPU的主频表示在CPU内数字脉冲信号震荡的速度，与CPU实际的运算能力并没有直接关系。

主频和实际的运算速度存在一定的关系，但至今还没有一个确定的公式能够定量两者的数值关系，因为CPU的运算速度还要看CPU的流水线的各方面的性能指标（缓存、指令集、CPU的位数等等）。