让这世界有光，它能告诉我们时间
叶叶军
2015年11月02日
[主讲人简介]
叶军，浙江绍兴人，教授，博士，美国国家科学院院士，美籍华裔物理学家。1985-1989年就读于上海交通大学物理系，获得物理学学士学位，1997年于美国科罗拉多大学获得物理学博士学位。1999年起执教于科罗拉多大学物理系，2009年任正教授。美国著名物理学家、诺贝尔物理学奖获得者约翰•霍尔的学生，于2008年约翰•霍尔退休后接管了他在科罗拉多大学的实验室。美国光学学会会士（OSA fellow），美国物理学会会士（APS fellow）。2011年当选为美国国家科学院院士，上海交通大学与华东师范大学客座教授。
[核心内容]
实际上，在钟以前，天文学就给我们提供了很好的时间上的定义。地球自转会形成白天和黑夜，所以古代的人发明了日冕。它根据太阳在地球上的投影告诉人类时间，但是这并不是很准。因为地球在转动的过程当中，近日点和远日点的距离不一样，速度也不一样，所以时间就会有区别。这就是为什么我们要去研究平面测量，按照天文学来定义时间。而且地球自转在慢慢地减慢，大概一百年就会慢一毫秒。所以用地球自转来定义时间显然是不够科学的。
量子力学出来以后有一个深刻的变化，就是用原子测量时间要比人工更加准确。量子力学提出一个原子的模型，原子里电子绕着原子核旋转。电子绕着原子核旋转的过程中有电子轨道，电子会在电子轨道中跃迁，电子轨道的能级结构是规定好的，然后电子在两个能级轨道之间跃迁的时候频率是规定好的。如果了解这一点就会想如果用原子做单摆的话，电子在原子核附近运动相当于是一个单摆，因为这是周期运动。电子的运动要比单摆的运动快得多，但是频率是永远不变的。而原子在宇宙中已经存在150亿年了，它的时间要比现在人工造得准。所以用量子科学的原子里面的单摆来做原子钟，就是这个道理。
做原子钟的时候，原子是飞来飞去的，每个原子的速度都不一样，那么就要想到爱因斯坦的相对论。既然原子的时间是相对的，我们怎么样来解决这个问题?这就要提到激光冷却原子方法。这是一个容器，里面的原子在走来走去，一秒钟飞几百米，走的速度非常快。然后从六个不同角度打六次激光，可以把原子全部定下来。而且我们可以把这个原子变得非常冷，宇宙里面最冷的地方就在这个真空腔里。0℃是室温的90%，冷原子是室温10-9。所以说要使做原子钟的技术一步一步往前走，是需要科学技术永远地往前走，而且是最前沿的科学技术。
[经典语录]
不光要有书本上的知识，你永远要相信自己的双手能够创造出比别人更好的东西。要有想法和创造力，有实干的精神，能够坚持下去。最重要的一点是一定要乐观，一定要坚信自己能够把这件事情做好。
