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兩千年前的中國古代計(jì)時(shí)器精度可達(dá)0.02%

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  • 發(fā)布時(shí)間:2013/10/4 18:45:46
  • 作者:AnyWay中國

一、中國古代高精度計(jì)時(shí)器-漏刻

  漏刻是中國古代重要的計(jì)時(shí)工具。漏,指漏壺;刻,指箭刻,即由漏壺水面的高低,通過箭刻的標(biāo)度來標(biāo)示時(shí)間。漏刻的歷史不僅古老,而且經(jīng)歷了漫長的發(fā)展歷程,幾乎始于新石器后期一直應(yīng)用至清代。至今保存最早的漏刻,是西漢時(shí)制造的。據(jù)史籍記載,漏刻的發(fā)展大致為,由單壺到多級壺,由沉箭法到浮箭法。東漢時(shí),張衡改單壺為雙壺,改沉箭為浮箭。為了盡量保持漏壺水量基本不變,水滴受水壺速度均勻,從而提高計(jì)時(shí)器精度,后來經(jīng)過不斷改進(jìn),漏壺多至三級、四級,以三級漏使用最為廣泛。

  中國的漏刻,在很長的歷史時(shí)期內(nèi),一直是世界上最精確的計(jì)時(shí)器。經(jīng)考證大約在西漢中期,中國漏刻的計(jì)時(shí)精確度比14世紀(jì)歐洲的機(jī)械鐘還高。東漢以后,漏刻的日誤差大多在20秒以內(nèi)。采用百分?jǐn)?shù)表示,計(jì)時(shí)器精度約0.02%!歐洲直到18世紀(jì)機(jī)械鐘的精確度才開始超過漏刻。

  圖1所示為西漢漏壺,上刻銘文“千章銅漏一,重三十二斤”“和平二年”(公元前27年)“四月造”。圖2所示為元代延佑三年(公元1316年)造四級式漏刻,由日壺、月壺、星壺和受水壺組成。

古代高精度計(jì)時(shí)器-西漢漏壺

圖1 古代高精度計(jì)時(shí)器-西漢漏壺

古代高精度計(jì)時(shí)器-元代四級式漏刻

圖2 古代高精度計(jì)時(shí)器-元代四級式漏刻

二、現(xiàn)在高精度計(jì)時(shí)器-銫原子噴泉時(shí)間頻率基準(zhǔn)裝置

  時(shí)間是七個(gè)國際基本物理量之一,現(xiàn)代計(jì)時(shí)器精度可以達(dá)到非常高,存放在中國計(jì)量科學(xué)研究院的“NIM4#激光冷卻—銫原子噴泉時(shí)間頻率基準(zhǔn)裝置”的精度可達(dá)5e-15。

  IM4#激光冷卻—銫原子噴泉時(shí)間頻率基準(zhǔn)裝置由物理真空系統(tǒng)、激光光學(xué)系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)、微波系統(tǒng)組成。6束激光將高真空氣室中的銫原子冷卻并上拋,銫原子在上拋和下落過程中2次與微波作用,發(fā)生狀況改變。晶振5MHz信號經(jīng)倍頻綜合到銫原子躍遷的微波頻率上,通過檢測銫原子與微波作用后的狀態(tài),可將晶振的頻率準(zhǔn)確地鎖定地銫原子的躍遷頻率上。實(shí)際工作中由于銫原子總處于非理想狀態(tài),產(chǎn)生一定的頻移,通過嚴(yán)格的不確定度評定,對產(chǎn)生的頻移進(jìn)行修正,使基準(zhǔn)鐘輸出準(zhǔn)確的頻率量值。


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