1秒是如何規範出來?

每個人在中學課本都學過，時間、長度、和質量是三個物理的基本量；但相較於長度和質量，時間是一個比較抽象的概念，我們可以直接看到一公尺的長度，提起一公斤的重量，但很難告訴你或給你一個定義，「什麼一秒鐘」。經驗告訴我們，時間永不停止，也不會倒流，1999年的下一年是2000年，不會是1998年。我們可以把時間想像為一單方向的時間軸，只要給定一個時間的尺度或規範（TimeScale），就可在時間軸上刻畫出各時間點的座標，從而定義各時間點。


時間刻度的定義可以由週而復始的事件來規範，比如說地球每自轉一週叫『一天』、月球公轉一週叫『一個月』、單擺擺動若干週期叫『一秒』等。中國或其他文明古國很早就用地球公轉週期來定義時間尺度，古人們根據經驗，每一天或每一月的長度是不穩定的，會隨季節而變化，但兩個冬至（正午影子最長的那一刻）或兩個夏至（正午影子最短的那一刻）的長度卻很穩定，大約是365.25日，這樣可以定義『年』。幾乎所有的文明古國都以此定義『年』，這可以說是最早的時間尺度。


但年的單位畢竟太大，日常生活中我們必須知道時、分、秒等時間的長度。古代天文學家及物理學家以日圭、日晷、水鐘、等器械，利用觀測日影的變化或水位的變化來計算時間，再以年的長度來校正月、日、時、分等更細的時間單位。隨著科技進步，科學家發明單擺鐘及石英震盪器，利用單擺或石英晶體的震盪週期來計算時間。但上述計時方式易受環境、溫度、材質、電磁場甚至觀測者觀測角度等影響，穩定度不是很好，或者說沒有比地球公轉穩定。一直到發明原子鐘，我們才有一比平均太陽年更穩定的時間尺度。


1960年以前，[b]CIPM[/b]（世界度量衡標準會議）以地球自轉為基礎，定義以平均太陽日之86400分之一作為秒定義。即1 Second=1/86400 MeanSolarday。1960~1967年CIPM改以更穩定的地球公轉週期為基礎，定義西元1900年為平均太陽年。秒定義更改為：一秒為平均太陽年之31556925.9747分之一。


二十世紀中葉，由於量子力學的發展，發展了諸如光譜超精細結構、鎂射及雷射、[b]光磁共振[/b]（Optical Pumping）、分子束磁共振、分離震盪場等實驗及研究，使量子頻率標準取代以地球運動週期成為計時標準。1967年，CIPM定義一秒為基態銫133原子在兩個超精細能階間過渡所致輻射週期之9,192,631,770倍。以下是定義的英文原文

[i]The second is theduration of 9,192,631,770 periods of theradiationcorresponding to thetransition between the two hyperfinelevels of the groundstate of cesium133 atom [/i]

是以銫原子的震動計算出來的。

2007-03-15 11:29:33 補充：
銫原子每秒震動9,192,631,770次。

1秒=1日除24小時除60分除60秒
1日=太陽從一天的一個位置至另一天的同一個位置

1960年以前，CIPM（世界度量衡標準會議）以地球自轉為基礎，定義以平均太陽日之86400分之一作為秒定義。即1 Second = 1/86400 Mean Solar day。1960~1967年CIPM改以更穩定的地球公轉週期為基礎，定義西元1900年為平均太陽年。秒定義更改為：一秒為平均太陽年之31556925.9747分之一。

二十世紀中葉，由於量子力學的發展，發展了諸如光譜超精細結構、鎂射及雷射、光磁共振（Optical Pumping）、分子束磁共振、分離震盪場等實驗及研究，使量子頻率標準取代以地球運動週期成為計時標準。1967年，CIPM定義一秒為基態銫133原子在兩個超精細能階間過渡所致輻射週期之9,192,631,770倍。以下是定義的英文原文

The second is the duration of 9,192,631,770 periods of the radiation corresponding to the transition between the two hyperfine levels of the ground state of cesium 133 atom