GPS上的铯原子钟是最精确的时钟吗？

古人用蚊香或流沙来计时，其准确性不能说。后来，人们用时钟来计时，脉冲星被用于通信和导航。目前，国家标准与技术研究所的新计时器被称为量子逻辑时钟。它的原理是用激光探测铝离子两个超细能级之间跃迁的共振频率。误差可能在37亿年之内，也可能不到1秒。然而，我们的生活中真的不需要如此精确的时钟。离我们生活更近的是铯原子钟，它是导航卫星系统全球定位系统的关键部件。目前，根据国际标准，铯原子钟可以在一秒钟内控制8000万年的误差。这只是在地面不动的时候。对于生活在地面上的人来说，卫星上使用的铯原子钟并不准确。全球定位系统卫星携带的时间装置是铯原子钟，通常精确到十亿分之一秒。然而，随着地球的高速运动和重力，它会产生一些误差。原子钟是由原子吸收或释放能量时发出的电磁波来计时的。铯-133在地面每秒跃迁9192631770次，而在卫星上应该是9192631775次。这意味着时间已经慢了下来。要建立全球卫星定位系统，必须考虑时间变慢的问题。

铯束原子钟

根据狭义相对论，当一个物体移动时，时间会变慢。它移动得越快，就越慢。全球定位系统卫星以每小时14000公里的速度环绕地球飞行。因此，全球定位系统卫星携带的时钟每天大约慢7微秒。全球定位系统卫星位于距离地面约20，000公里的太空中。根据广义相对论，物质质量的存在会导致时空弯曲。质量越大，距离越近，弯曲越严重，时间越慢。受地球质量的影响，全球定位系统卫星上的时钟必须走得更快，每天大约快45微秒。考虑到快和慢的因素，全球定位系统卫星时钟每天快38微秒。虽然这些问题在卫星发射前已经考虑和调整过了。然而，空间的冷热变化、宇宙射线和时间的延续都会带来误差。

加利福尼亚航空公司有一个光电技术部门负责调试全球定位系统原子钟。他们使用两台计算机，分别连接到两个铯原子钟，其中一个模拟空间环境，另一个在正常的地面环境，获得最准确的时间。每1.5秒钟，地面上的原子钟和所有卫星原子钟将被校准，以保持卫星上的时间与地面上的时间一致。