우리는 매일 시간과 함께 살고 있습니다. 일상생활에서는 분 단위로 시간을 계산하면 충분합니다. 경주 경기, 예를 들면 단거리 경주에서는 0.01초까지 정확히 계산해야 하며, F1 자동차 같은 초고속 운동에서는 0.001초(1밀리초)까지 정확히 계산해야 합니다. 그러나, 일부 과학 연구 분야에서는 시간의 정확도가 훨씬 더 높아야 합니다. 종종, 1/1000초, 1/1000000초의 정확도가 필요합니다. 어떤 시간 측정 도구가 이러한 요구 사항을 만족시킬 수 있을까요?
현재, 가장 정확한 시간 측정 장치는 세슘 원자 시계입니다. 과학자들은 6백만 년 동안 지속적으로 작동하며, 1초 미만의 오차를 보이는 세슘 원자 시계를 개발했습니다. 왜 세슘은 이렇게 정확한 시간 측정 장치로 만들 수 있을까요? 우리는 지구가 하루에 24시간 동안 회전하며, 시간을 분당 3,600개로 나누어서 1초를 만든다는 것을 압니다. 그러나, 지구의 회전 속도는 불안정하며, 때로는 빠르고, 때로는 천천히 회전하기 때문에, 이 정의된 1초는 일부 과학 실험의 높은 정확도를 만족시키지 못합니다. 세슘은 원자 시계로 선택된 이유는 세슘이 금속 가족 중에서 가장 활발한 구성원이기 때문입니다. 즉, 그것의 핵 외부 전자 전이에너지가 낮고, 그것이 방출하는 전자파는 무선 마이크로파 스펙트럼 내에 있고, 우연히도 방송 위성의 전송 주파수와 비슷하며, 현재 인간은 이 주파수 장비를 매우 잘 제작할 수 있습니다. 따라서, 과학자들은 세슘 원자가 두 에너지 수준 사이를 이동할 때 방출하는 전자파를 표준으로 사용하여 전자 발진기를 제어하고 시계의 작동을 제어합니다. 그로 인해, 사람들은 세슘 원자의 이러한 특성을 이용하여 새로운 종류의 시계, 세슘 원자 시계를 만들었습니다. 그리고, 1초는 세슘 원자가 한 에너지 수준에서 다른 에너지 수준으로 9192631770번 점핑하는 데 걸리는 시간으로 정의되었습니다. 이것이 지금까지 가장 정확한 1초의 정의입니다.
세슘 원자 시계 외에도, 수소 원자 시계, 루비듐 원자 시계 등이 발명되었습니다. 원자 시계가 있어야, 원자 폭발과 수소 폭발, 로켓과 미사일 발사, 우주 항공, 인공 지구 위성 등과 같은 더 정확한 과학 연구를 할 수 있고, 고정확도 제어와 운용을 할 수 있습니다.