中国空间站正在扩建，“梦天”实验舱将搭载三种冷原子钟，打造世界上第一个太空时间实验室，这是人类最精准的时钟，运行3亿年误差仅1秒。那么冷原子钟到底是什么？精度这么高，对中国有什么意义呢？

冷原子钟是什么？

2016年9月，中国天宫二号空间实验室成功发射，上面搭载了人类历史上第一台在轨进行科学实验的空间冷原子钟。

空间冷原子钟

这个钟没有钟摆，也没有秒针“滴答”，“长相”也很奇怪，是一个黑色圆柱体，看起来根本不像钟。它对时间的测量，是基于原子物理，而且跟一般的原子钟也不一样，多了个“冷”字，应用的是更先进的冷原子物理技术

如果说机械表1天差不多有1秒误差，石英表10天大概有1秒误差，氢原子钟一百万年有1秒误差，那么冷原子钟可以做到3000万年才1秒误差。

这是怎么做到的呢？简单说，就是在太空失重环境下，用激光给原子降温，降到接近绝对零度，让原子的速度变得非常慢，做一种超慢速匀速直线运动。

这时候，处于纯量子基态上的原子，经过一个环形微波力场作用，产生量子叠加态，然后用探测器测量两种量子态的原子数量比例，再经过一些换算，就可以得到一个高精度的时间频率标准信号。

听起来有点复杂，但网上有一句玩笑话“遇事不决、量子力学”，其实这句话有它的道理，大家只需要知道，这种冷原子钟，就是利用量子力学来给时间下定义，所以是最精确的。在太空中，冷原子钟可以避免地球重力影响，时间精度可以再提高一个数量级，3亿年才1秒误差，做到最高精度的授时。

高精度授时有什么作用？

把时间的精度做到这么高，有什么用呢？用处非常多，我们今天只聊聊其中最有代表性的两个：星际导航、大尺度的时空研究。

先说星际导航，举个例子，我们都用过导航软件，从出发到目的地，卫星要先给你精确定位，才能算出导航路线，但是如果卫星的时钟不准确，每一分钟都有一毫秒误差，那么在上万公里的尺度上，误差积少成多，可能你要去上海，结果给你导航到杭州去了。

所以说，高精度的时间，是导航系统的核心技术之一。目前，人类的卫星导航系统，只能用来地球表面的导航，还有近地空间的导航，一旦把尺度放大到整个太阳系，动不动就是几亿公里的距离、几个月的飞行时间，一点点误差就会剧烈放大。

虽然现在人类的探测器，比如旅行者1号和2号，已经飞出了太阳系，但是导航都是很粗略的，对探测器来说足够，但如果以后人类要搞太空开发，比如开采小行星上面的矿石，那这个导航精度就可能不够了。

只有把时钟的精度提高了，人类才有可能建立星际导航系统，实现在太阳系范围内的大规模经济开发活动。虽然目前人类只登陆了月球，但我们迟早要登陆火星，甚至登陆其他行星，冷原子钟技术，就是为星际导航铺路的顶级技术之一。中国科学家说过，要在本世纪，让中国人足迹抵达太阳系边缘，相信这个目标一定会实现。

再说时空研究，冷原子钟技术可能会给人类带来更多的收获。比如，如果在太阳系的各个拉格朗日点，也就是引力平衡点，都放上一台冷原子钟，就像是“时间定位点”一样，那么就可以进行大尺度的时空研究，可以验证广义相对论在大尺度范围内是否成立，测量引力波，探测暗物质。我们现在对宇宙的了解还太少，说不定冷原子钟能让人类探测到时空的细微变化，发现宇宙的更多真相。