这张2017年1月25日由Ed Marti博士提供的图片展示了一个钛光学晶格钟，储存在博尔德科罗拉多大学的Jun Ye实验室。

占据叶俊在科罗拉多大学地下室实验室的时钟需要150亿年才能失去关于宇宙存在时间的第二次。

对于这项发明，这位美籍华裔科学家和日本科学家Hidetoshi Katori将分享300万美元，共同获得2022年基础物理学突破奖。

这两项独立工作的技术利用激光捕捉和冷却原子，然后利用它们的振动驱动所谓的“光学晶格钟”，这是迄今为止制造的最精确的计时器。

相比之下，现在的原子钟每一亿年会损失一秒。

但更高的准确度又能带来什么呢？

叶告诉法新社：“它确实是一种仪器，可以让你探测宇宙中时空的基本结构。”。

在叶的实验室里，研究人员已经表明，当时钟离地面移动约厘米时，时间移动得较慢，这与爱因斯坦对相对论的预测一致。

根据目前的技术，这些时钟可以将GPS导航精度提高1000倍，或者帮助无人驾驶的宇宙飞机顺利降落在火星上。

这张未注明日期的讲义照片拍摄于2021年9月8日，照片中的美籍华裔科学家叶军（Jun Ye）发明了一种超精密时钟。

时间简史

自从古埃及人和中国人制造日晷以来，提高计时精度一直是一个目标。

1656年，钟摆钟的发明带来了重大突破，它依靠摆动的砝码来计时，几十年后，计时器的精度足以确定船只在海上的经度。

20世纪初出现了石英钟，当受到电的震动时，石英钟会以非常特定的高频率或每秒的滴答数共振。

石英钟在现代电子产品中随处可见，但在某种程度上仍然容易受到制造过程或温度等条件引起的变化的影响。

计时的下一个重大飞跃来自于利用带电原子的运动来开发原子钟，这种原子钟不受环境变化的影响。

物理学家们知道，一个单一的、非常高的频率会使围绕某一特定类型原子核运行的电子粒子跃迁到更高的能量状态，从而找到一个离原子核更远的轨道。

今年2017年1月25日，由Ed Marti博士提供的图片展示了一个锶光学晶格钟，它存储在叶Boulder科罗拉多大学的实验室里。

原子钟产生使铯元素的原子跃迁到更高能量状态的近似频率。

然后，一个探测器计算这些带电原子的数量，必要时调整频率以使时钟更精确。

如此精确以至于自1967年以来，一秒钟被定义为铯原子9192631770次振荡。

探索宇宙，探索地球

Katori和Ye的实验室已经找到了进一步改进原子钟的方法，通过将振荡移动到电磁频谱的可见端，频率比当前原子钟的频率高十万倍，从而使原子钟更加精确。

他们意识到，在这种情况下，他们需要一种方法来捕获元素锶的原子，并用超低温保持它们不动，以帮助正确测量时间。

如果原子由于重力而下落或以其他方式移动，则会失去精度，相对论会对计时产生扭曲效应。

为了捕获原子，发明家们创造了一个“光学晶格”，由激光波向相反方向移动形成一个静止的、蛋盒状的形状。

叶对他的时钟的潜在用途感到兴奋。例如，将世界上最好的天文台的时钟同步到最短的一秒钟，可以让天文学家更好地对黑洞进行概念化。

更好的时钟还可以为地球的地质过程提供新的线索。

相对论告诉我们，当时间接近一个巨大的天体时，它会变慢，因此一个足够精确的时钟可以告诉科学家地表下固体岩石和火山熔岩之间的区别，有助于预测喷发。

或者确实，测量海平面，或者测量沙漠下面有多少水流动。

叶说，下一个巨大的挑战将是使这项技术小型化，以便将其移出实验室。

这位科学家承认，有时很难向公众解释基本的物理概念。

“但当他们听到时钟时，他们能感觉到它是一件有形的东西，他们能与之建立联系，这是非常有益的，”他说。

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