【诺曼.福斯特.拉姆齐:让计时更精确】诺曼福斯特

时间：2018-12-28 03:28:32　来源：柠檬阅读网本文已影响人

　　诺曼・福斯特・拉姆齐(NoliTlan FosterRamsey)。美国物理学家，1915年8月27日出生在美国华盛顿特区，因发明分离振荡场方法及其在原子钟中的应用而成为1989年。诺贝尔物理学奖的得主之一。
　　拉姆齐的母亲是德国移民的女儿，美国堪萨斯大学的数学讲师，父亲是苏格兰难民的后裔，西点军校的毕业生，美国陆军军械部人员。由于他父亲工作的调动，他们经常搬家，他也就要经常换学校，在旅途和寻找新学校上花费了很多时间，因此母亲就成了他的家庭教师。虽然拉姆齐上学的时间少，但在母亲的教育下，他学知识反而比一般孩子快，几乎每转一次学就跳一次级1931年，15岁的他就高中毕业了。
　　拉姆齐高中毕业后由于年龄不够，不能考军校。就申请了一项奖学金进入哥伦比亚大学攻读数学。他学习成绩非常好，年年参加数学竞赛，年年都获奖，在高年级时还成了数学助教，这个职位一般要研究生才有资格。
　　1935年拉姆齐从哥伦比亚大学毕业后，兴趣转向了物理学。不久，他又获得奖学金进入英国剑桥大学卡文迪许实验室学习。实验室汇集了一大批来自世界各地的科学精英，先后有26人获得了诺贝尔奖。拉姆齐在这里取得硕士学位后，又回到了哥伦比亚大学，在全美物理学研究中心师从获得过诺贝尔奖的拉比教授攻读物理学，一年后获得博士学位。
　　二战期间，拉姆齐领导一个小组研制3厘米波长的雷达，还参加了第一颗原子弹的研制工作。战后他又回到了哥伦比亚大学任教，组建了布鲁克海文国家实验室，并担任第一届物理部主任。
　　1947年，拉姆齐来到哈佛大学，进行核共振实验的研究工作。当时，这项研究遇到的最大难题是没有足够均匀的磁场，他发明了分离振荡场的方法解决了这个难题。后来，他又用这项技术，解决了原子钟研制的关键问题。使原子钟的精度大大提高。
　　人类的日常生活、科研、导航及测绘等等工作都离不开时间。时间的计量涉及两个量：历元和时间间隔。任何具有周期性变化的自然现象都可以用来测量时间。
　　公元前1500年出现的日晷是人类最古老的计时工具，埃及人首先开始使用这项技术，然后在整个地中海地区普及开来。日晷是以太阳投向刻度盘的阴影为基础的。通常由铜制的指针(晷针)和石制的圆盘(晷面)组成。当太阳光照在日晷上时，晷针的影子就会投向晷面，太阳由东向西移动时，投向晷面的’晷针影子也会慢慢地由西向东移动。于是。移动着的晷针影子好像是现代钟表的指针。晷面则是钟表的表面，以此来显示时刻。
　　公元前1400年出现的漏壶(沙漏或者滴漏)是第一个摆脱天文现象的计时仪器。它是根据流沙从一个容器滴漏到另一个容器的数量来计量时间的。古代人设计的“五轮沙漏”通过流沙从漏斗形的沙池流到初轮边上的沙斗里。以此来驱动初轮，从而带动各级机械齿轮的依次旋转。最后一级齿轮带动在水平面上旋转的中轮，中轮的轴心上有一根指针，指针则在一个有刻线的仪器圆盘上转动，以此来显示时刻。这种古老的显示方法几乎与现代时钟的表面结构完全相同。
　　公元1400年，第一批机械钟开始在欧洲流行。意大利人乔瓦尼・唐迪1364年首次在机械钟里引入了轮式钟摆。
　　1656年，有摆的挂钟(或座钟)产生于荷兰天文学家、数学家克里斯蒂安・惠更斯的实验室。它是以伽利略发现的摆的摆动具有规则性这个原理为基础而发明的。自此以后人类掌握了比较精确的测量时间的方法。
　　1969年。由瑞士人创意、日本精工企业制作的第一块石英手表Seiko Astron诞生，其价格在当时相当于一部汽车。石英手表的发明是基于科学家们发现。处于电路之中的石英晶体能产生频率稳定的振动，并且可以通过特殊的切割方式来控制石英晶体振动的频率。
　　直到20世纪20年代。最精确的时钟还是依赖于钟摆的有规则摆动。取代它们的更为精确的时钟是基于石英晶体有规则振动而制造的，这种时钟的误差每天不大于千分之一秒。
　　20世纪30年代，美国哥伦比亚大学实验室的拉比和他的学生在研究原子及其原子核的基本性质时所获得的成果。使基于上述原子定时器的时钟研制取得了实质性进展。在拉比设想的时钟里。处于某一特定的超精细态的一束原子穿过一个振动电磁场，场的振动频率与原子超精细跃迁频率越接近，原子从电磁场吸收的能量就会越多，并因此而经历从原先的超精细态到另一态的跃迁。反馈回路可调节振动场的频率，直到所有原子均能跃迁。原子钟就是利用振动场的频率作为节拍器来产生时间脉冲，目前，振动场频率与原子共振频率已达到完全同步的水平。1949年，拉比的学生拉姆齐提出，使原子两次穿过振动电磁场，其结果可使时钟更加精确。
　　二战后，美国国家标准局和英国国家物理实验室都宣布，要以原子共振研究为基础来确定原子时间的标准。1952年，美国国家标准局在拉姆齐的指导下造出了第一台铯原子钟。这种钟的精度非常高。运行30万年只差一秒。但这种钟需要一个房间的设备，所以实用性不强。另一名科学家扎卡来亚斯使得原子钟成为一种更为实用的仪器。扎卡来亚斯计划建造一个被他称为原子喷泉的、充满了幻想的原子钟。这种原子钟非常精确，足以研究爱因斯坦预言的引力对于时间的作用。1954年。扎卡来亚斯推出了一种小型的原子钟，可以从一个实验室方便地转移到另一个实验室。他与麻省的摩尔登公司一起建造了以他的便携式仪器为基础的商用原子钟。两年后该公司生产出了第一个原子钟。并在四年内售出50个。如今用于GPS的铯原子钟都是这种原子钟的后代。
　　1960年拉姆齐又提出并建造了氢原子钟，使原子钟的精度又提高了一大步。今天。名为NIST F-1的原子钟(如右图)是世界上最精确的钟表。但它并不能直接显示钟点，它的任务是提供“秒”这个时间单位的准确计量。这一计时装置安放在美国科罗拉多州博尔德的国家标准和技术研究所(NIST)物理实验室的时间和频率部内。1999年才建成的这座钟价值约为65万美元，可谓身价不菲。在2000万年内，它既不会少1秒也不会多1秒。其精度之高由此可见。这架昂贵的时钟既没有指针也没有齿轮。只有激光束、镜子和铯原子气。

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