《解密黑科技》王屹峰，赵宏洲编著|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《解密黑科技》

【作　者】王屹峰，赵宏洲编著

【丛书名】科学文化素养丛书

【页 数】 124

【出版社】 杭州：浙江教育出版社 , 2019.04

【ISBN号】978-7-5536-8798-8

【价 格】25.00

【分 类】科学技术－青少年读物

【参考文献】 王屹峰，赵宏洲编著. 解密黑科技. 杭州：浙江教育出版社, 2019.04.

图书封面：

图书目录：

《解密黑科技》内容提要：

本书集结大众特别是青少年关注的“黑科技”相关领域的科学内容，通过解密黑科技，帮助大众深入了解黑科技内容。丛书共5册，定位以提升社会大众的科学素养为目标，聚焦科学前沿，注重科学人文，用生动的故事、风趣的语言、精美的图片、直观的视频，深入探讨科学研究热点与生活中的科学谜题。旨在打造一套融科学知识、科学文化为一体的科普精品图书，帮助大众提高科学素养。

《解密黑科技》内容试读

第一部分

飞船篇

第一部分飞船篇

●第一部分飞船篇

1超高精度空间冷原子钟，这是一台

什么钟

这里要向你介绍“天宫二号”中的一项高精尖装备超高精度空间冷原子钟。这是一台什么“钟”？它在“天宫

二号”空间实验中扮演着什么角色？又将对我们的生活产生什么影响？一切还得从很久很久以前说起…

“精”益求“精”：从日晷到冷原子钟

在人类文明进步和科学技术发展的历史长河中，人类活动所带来的社会需求与时间测量的精度是密不可分的。很久很久以前，我们的祖先是利用天体的周期性运动来记录时间的。他们日出而作、日落而息，通过观察自然现象，例如太阳和月亮相对自己的位置来模糊地定义时间，这样的时间被称为自然钟。

后来，人们逐渐发明了如日晷、水钟、沙漏等计时装置，能够指示时间按等量间隔流逝，这也标志着人造时钟开始出现。

而当钟摆等可长时间反复周期运动的振荡器出现后，人们把任何能产生确定的振荡频率的装置，都称为时间频率标

解密黑科技

日

水钟

准，并以此为基础发明了真正可持续运转

沙漏

的时钟。

从14世纪初到19世纪中叶的500多年间，人们首先采用古老的摆钟代替了自

长文钟

摆钟

然钟（精度约为102量级，误差约为1刻钟/天)，然后在钟摆装置的基础上逐渐

物原子

发展出更加精密的机械钟表，使机械钟的计时精度达到基本满足人们日常计时需要

地面喷泉冷原子钟

的水平（精度最高达到108量级，误差约

空间冷原子钟

为1秒/年)

◆人类计时工具的演变（刘琪制图）

从20世纪30年代开始，随着晶体振

荡器的发明，小型化、低能耗的石英晶体钟表代替了机械钟，广泛应用在电子计时器和其他各种计时领域，一直到现在，仍然是人们日常生活中所使用的主要计时装置。

从20世纪40年代开始，现代科学技术特别是原子物理学和射电微波技术蓬勃发展，科学家们利用原子超精细结构跃迁能级具有非常稳定的跃迁频率这一特性，研制出比晶体钟精度更高的原子钟。

1967年，第13届国际计量大会对时间“秒”进行了重新定义：“1秒为铯原子基态的两个超精细能级之间跃迁所对应的辐射的9192631770个周期所持续的时间。”

自从有了原子钟，人类计时的精度以几乎每十年提高一个数量级的速度飞速发展，20世纪末达到了104量级，即误差约为1秒/300万年。在此基

础上建立的全球定位系统（例如美国GPS),覆盖了地球98%的表面，将原

子钟的信号广泛地应用到了人类活动的各个领域。

随着激光冷却原子技术的发展，利用激光冷却的原子制造的冷原子钟使时间测量的精度进一步提高。到目前为止，精度最高的空间冷原子钟误差已

●第一部分飞船篇

经减小到1秒/3亿年，而更高精度的冷原子光钟也在研制过程中。

3亿年误差1我

300万年误差1秒

30万年误差1秒

100年误差1秒

年误差1秒

1天误差1刻钟

模糊定义

古代14世纪初

19世纪

20世纪

中叶

30年代

20世纪

20世纪

21世纪

60年代

90年代

日晷水钟沙漏

摆钟

10年代

天文钟

石英表铷原子钟

地面喷

空间

原子斜

光钟

◆时间测量装置的演变图例（梁哲凯制图）

总而言之，“时间”成为现代科学技术中测量准确度最高的基本物理量之一，通过各种物理转化，可以提高长度、温度等其他基本物理量的测量精度，是现代物理计量的基础。

激光冷却十空间微重力：让原子钟向更高精度进发

近年来，科学家们将激光冷却原子技术与空间微重力环境相结合，有望在空间轨道上获得比地面上的线宽要窄一个数量级的原子钟谱线，从而进一步提高原子钟的精度，这将是原子钟发展史上又一个重大突破。

由于高精度空间原子钟在计量学、守时、全球定位系统、基础物理等方面都有非常重大的科学研究和工程应用价值，国际上争相开展高精度空间原

子钟的研究计划，其中最主要的是欧洲航天局(ESA)支持的ACES计划。

我国在原子钟研究方面都做了哪些工作呢？这就必须提到中国科学院上海光机所的王育竹院土及其科研团队，他们从20世纪60年代就开始了原子钟方面的研究。

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醒密黑科技

在1971至1979年间，他们承担了“远望号”测量船上铷原子钟的研制任务，成功研制出中国第一台铷原子钟，为国家导弹发射、远距离测量、通信等领域做出过重要贡献，获得了全国科学大会“重大科技成果奖”和国家科技进步特等奖。

20世纪70年代末，国际上激光

◆中国第一台铷原子钟（上海光机所研制）】

冷却气体原子的概念刚刚提出时，王

育竹院士就立刻认识到冷原子对原子钟的研究将产生革命性的影响，于是他率领团队着手开展激光冷却原子技术的研究。

进入21世纪，随着实验室激光冷却技术的发展，王育竹院士开始逐步推进小型化冷原子铷钟和空间冷原子钟的可行性研究。

2007年，在王育竹院士的指导下，刘亮研究员领导的空间冷原子钟团队成立，并于2010年完成了空间冷原子钟原理样机的研制和地面科学试验论证。2011年，空间冷原子钟实验(Cold Atom Clock Experiment in Space,

简称CACES)计划正式进入工程样机的设计与研制阶段。

经过科学家们近10年的艰苦努力，2016年，中国第一台空间冷原子钟正样产品研制成功，并且它在光、机、电、热、软件等方面通过了中国载人航天工程各类环模测试的检验，达到了满足火箭发射和空间在轨正常运行的要求。据悉，在“天宫二号”载人航天飞行器上，就搭载着上海光机所研制的空间冷原子钟，这也成为国际上第一台在轨进行科学实验的空间冷原子钟。

那么，究竟空间冷原子钟与地面上的冷原子钟有什么不同呢？

据科学家们介绍，空间冷原子钟是在地面喷泉原子钟的基础上发展而来。在地面上，由于受到重力的作用，自由运动的原子团始终处于变速状

···试读结束···