一秒的定義與未來變革

我們目前使用的「秒」的定義，是在1967年由全球共同制定的。根據這個定義，一秒是「銫-133原子基態的兩個超精細能階之間躍遷對應的輻射週期的9,192,631,770倍」。簡單來說，當我們將原子置於特定的激發態時，它最終會回歸到基態，這個躍遷過程可以用來製作微波範圍內的精準濾波器。由於其高度穩定性，這種濾波器可以用來保持節拍，這也是極精確的原子鐘的基礎。雖然2018年對這一定義進行了部分更新，但仍然基於銫-133原子的超精細躍遷。

「秒」及其定義在計量學（測量科學）中扮演著至關重要的角色。事實上，公尺（長度單位）、公斤（質量單位）、安培（電流單位）、克爾文（溫度單位）和坎德拉（光強度單位）等基本單位，都依賴於「秒」的定義。儘管這個定義在過去幾十年中表現出色，但研究人員一直在探索進一步改進的可能性。光學原子鐘的技術突破，已經達到了遠超傳統銫鐘的精確度，例如開發出最快的時鐘以及新的測量方法。

美國國家標準與技術研究院時間頻率部門主任Liz Donley博士表示：「作為一個普遍原則，國際單位制（SI）的定義應基於能夠為所有相關測量帶來最低不確定性的方法。光學頻率標準已經達到了一個水平，其測量精確度比使用銫作為標準的測量高出100倍。」

未來，秒的定義可能會在2030年進行重新定義，但在這之前，必須滿足多項嚴格要求，例如能夠透過光纖傳輸重新定義的精確秒數。雖然這可能不會改變我們日常生活中對時間的感知，但在科學領域將具有極其重要的意義。這就像擁有一隻即使執行數十億年也不會偏差一秒的手錶，將為科學研究帶來前所未有的精確度。