步漫竹海
科学家正视图寻找测量时间的更准确方法。最近由美国国家标准与技术研究院（NIST）开展的测试中，实验性原子钟在三个指标上刷新了历史性能记录，意味着可以帮助人类更精准地测量地球的引力，以及检测难以捉摸的暗物质。
NIST时钟由1000个镱原子（ytterbium atoms）组成，悬浮在激光束网格中。这些激光每秒“滴答”数万亿次，并反过来让这些原子像节拍器一样在两个能量级别上来回闪烁。通过对这些原子的测量可确保原子钟时间的精准性，在某些情况下每3亿年误差1秒钟。
但这种误差仍有改善的空间。NIST通过为这些设备增加热屏蔽和电屏蔽。通过对比两个实验性原子钟，NIST科学家发现这些设备在系统不确定性（systematic uncertainty）、稳定性（stability）和可重复性（reproducibility）三个指标中达到新的记录。
系统不确定性指的是时钟的刻度与其内部原子的自然振动的匹配程度。根据团队的说法，原子钟在一个五分之一的误差范围内是正确的（10的18次方）。稳定性衡量时钟嘀嗒声随时间变化的程度。在这种情况下，NIST时钟在一天中在1019（10的19次方）中稳定在3.2个部分内。最后，通过比较两个原子钟保持同步的程度来衡量可重复性。检查两个时钟10次，团队发现他们的滴答频率差异在几分之内。
精准度的新高度，意味着原子钟可以帮助我们比以往更精确地测量重力。由于目前已知的重力会扭曲时间的流逝（在太空中的原子钟速度要比地面慢），因此全新的原子钟可以通过测量时间来反向测量重力。
此外更精准的原子钟还能帮助测量地球的引力形状，精确到1厘米范围以内，比当前最好技术精确数倍。原子钟还可以帮助探测引力波，引力波是由宇宙大灾变引起的时空结构中的涟漪。它们甚至可以帮助寻找暗物质，而暗物质迄今仅通过其引力相互作用而闻名。
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原子钟以原子能级之间的跃迁作为标准来衡量。根据量子力学，原子核外的电子会按照能级排列，即电子不同轨道和自旋角动量的波函数按照薛定谔方程会呈现能量不同的分布状态。一个原子最外层那个电子最容易发生跃迁，一般是基态到第一激发态的跃迁。根据海森堡不确定关系，基态的寿命是（几乎）无限长的，所以能级宽度几乎无限窄。但是激发态的寿命是有限的，因为会受到光场（电磁场）的真空态扰动产生自发辐射，所以能级宽度是有限的。这个能级宽度决定了原子钟有多准。
举例来说，如果激发态能级宽度有1kHz*h，而它距离基态的能量差有1GHz*h，h为普朗克常数，那么用这个能级做原子钟只能做到10的负6。两种办法可以提高原子钟精度，一个是寻找更窄的能级宽度，另一个是寻找距离基态能量差更大的激发态。
目前广泛使用的铯种，氢钟就是微波原子钟，其激发态距离基态能量差都在GHz*h量级，但是激发态寿命很长，可以看做另一个基态，宽度很小，所以这些钟的精度可以做到10的负15，再小就会受到微波器件本身限制无法突破了。
所以目前全世界原子钟的研究热点是光钟，也就是把这个能量差提高到可见光频率*h，可见光频率在10的15次方Hz量级，而选取的激发态能级可以到mHz量级，所以跃迁频率的精度可以做到10的负18次方量级。把一个窄线宽激光锁在这个跃迁频率上，就可以让输出的激光频率不确定度到10的负18次方水平，通过光频梳手段（2005年诺贝尔物理学奖成果）转换成时间，就是一秒钟只差10的负18次方秒，即10的18次方秒只差1秒。而宇宙的年龄约138亿年，只有约10的17次方秒。也就是整个宇宙年龄只差0.1秒的精度。2014年美国JILA实验室的叶军小组已经做到了这个精度。
九维空间
原子钟是通过特定原子的核外电子能级跃迁时所吸收和释放的电磁波频率振动周期来计量时间的。
由于原子核外电子的不同排布，不同能级轨道间的能量差不同，电子在不同能级轨道间跃迁所吸收和释放的电磁波频率也不同，但是同一种原子在同一能级轨道间跃迁产生的电磁波频率是固定的。因此，人们可以选择特定原子的一个超精细能级 的细微能量差状态之间跃迁作为计量。这种超精细能级跃迁具有固定的振动周期，也就是说它的频率是固定的，这就是它的共振频率。
当使之通过与其共振频率接近的振荡电磁场，原子就会吸收电磁场的能量，完成超精细能级的跃迁。振荡电磁场的振荡频率与原子共振频率越接近，就会有越多的原子产生跃迁，通过通过精密调整振荡电磁场的频率使之与原子共振频率完全相同，即可让所有原子完成跃迁，而此时产生该振荡电磁场的振荡器即可作为计数器，得到该原子的振动周期，也就是该原子的共振频率。而这个该原子的共振频率是固定的，也就可以作为时间计量的刻度。
比如目前国际通用的铯原子钟所使用的铯同位素铯133的共振频率是9192631770Hz，也就是每秒振动9192631770次，所以铯原子钟就是以计数器记录振动9192631770次作为1秒。目前世界各国主要都是通过铯原子钟所得到的时间作为标准时间。
而在实验室里，这个时间计量精度在不断刷新。比如2008年的锶原子钟，使用锶87，共振频率达到429228004229873Hz。到2013年，镱元素制造的镱原子钟被制造出来，每秒振动518万亿次，比之前的锶原子钟还要高，报道中声称精度达到宇宙诞生至今误差不超过1秒。。。。
为什么更高的频率更高的振动周期能得到更精确的时间？其实原因很简单，就像你拿着一把毫米刻度的直尺跟一把厘米刻度的直尺去计量长度，哪个准？当你用这两把直尺测量到的一个物体长度得到的数值乘上一定数量后，两者的误差就会非常明显了。不断刷新精度的原子钟就是通过提高振动周期，让用来计量1秒的时间刻度更多，刻度越多计量自然就越精确。
星宇飘零2099
这个问题其实是非常重要的，为什么就没有人来讨论呢？
我知道，物理学中规定的标准时钟，是铯原子的周期性振动，现在有没有新的规定我不清楚。那么，问题来了，为什么铯原子钟就一定比其它种类的钟更准确？或者，如题主所问，为什么“镱原子光晶格钟”就一定比其它钟更精确？我们是怎么衡量它的精度的？它的精度是与谁比较，以谁为基准测量出来的？有比这个镱原子钟更精确的钟吗？如果有，我们凭什么说它更精确？
我认为，究竟那个时钟是我们的标准时钟，完全是我们的人为规定，我们规定它是标准，它就是最标准的，它的标准性，没有原因，没有理由，完全是我们人为的赋予它的。否则，你说你有一个比这个规定的标准时钟更标准的钟，这个标准时钟测量的时间有问题，请问，你凭什么说你的这只钟更标准？为什么有问题的不是你这只钟？
实际上，现在物理学上的标准时钟，那个标准的铯原子钟，标准的时间单位，秒，就是物理学家们在一次国际物理会议上人为规定的。物理学家们人为的规定，铯原子的周期性振动，在规定的振动次数内所持续的时间，就是1s。具体的规定，感兴趣者可以百度一下。
同样，物理学中的标准直尺，也是人为规定的。这个标准直尺原来规定为保存在大英皇家天文台一个恒温恒湿箱中的，由铂金制成的“米原尺”，它的长度，就是标准的1m。
我们规定了那个铯原子的振动为标准时钟，那这个铯原子振动的等周期性，它每次振动所用的时间完全相同，就不是测量出来的，而是我们人为的规定。我们规定了那个米原尺为标准直尺，那这个米原尺的长度恒定不变，也就不是测量出来的，而是我们人为的规定。现在，物理学家们已经抛弃了那根铂金制成的标准直尺（可惜我没有捡到），将标准的1m更改规定为，光线在给定的时间内所传输的距离，此时，我们就不能说，光速恒定不变是测量出来的，而只能说，光速恒定不变是我们人为的规定，我们通过人为的规定了光速恒定不变，从而人为的规定了我们测量长度的标准直尺。
既然标准直尺和标准时钟是人为规定的，那么，我们能不能另外规定一个过程作为标准时钟，另外规定一个物体的长度作为标准直尺呢？我找不到我们不能另外进行规定的任何理由。
但是，我们另外规定的标准时钟，用我们现有的标准时钟来测量，也许不是等周期的，我们另外规定的标准直尺，用我们现有的标准直尺测量，也许它的长度在不断的变化着。用原标准测量出的静止或不变，用新标准测量，可能就是运动和变化，甚至，原标准测量出的有限，用新标准测量可能就是无限。显然，规定了不同的时间和空间测量标准，我们就会获得完全不同的物理规律。物理规律也是相对的，是相对于我们人为规定的时空测量标准而言的。
但为什么我们会认为时空的测量结果，一个物体的长度究竟有没有变化，一个物体究竟有没有在运动，似乎是绝对的呢？显然，我们手中没有拿直尺和时钟，我们也能感知到这个物体究其有没有在运动，它的长度究竟有没有在变化。也许，我们是以地面为测量的基准，为对比的基准，也许，我们身体自身就自带了一套时间和空间的测量标准，在变化较为剧烈，或运动速度较大时，我们能用我们身体自带的标准进行测量，从而形成了我们的直觉和常识，甚至以为时空是绝对的，归纳出一个绝对的时空观。但我们又认为，我们身体自带的那套时空测量标准不标准，特别是在变化和运动非常缓慢时，关于究竟有没有变化或运动，不同的人可能就会有不同的测量结果，所以，我们才把我们身体之外的某个特定的物体和过程规定为我们的标准直尺和标准时钟。但我们能说我们身体自带的那套时空测量标准不标准吗？
广义相对论说，时空因物质能量的存在而弯曲。请问，弯曲的是不是参照系中的时空坐标系？这个时空坐标系是不是与标准直尺和标准时钟等价？如果是，那时空弯曲是不是指标准时钟和标准直尺发生了变化？我们如何测量标准时钟和标准直尺的变化？难道说标准时钟和标准直尺不是人为规定的吗？
