每輛汽車通往GPS的漫長而曲折的技術(shù)之路

您開車時(shí)迷路了嗎?可能不是最近才有了GPS導(dǎo)航。

如今，每輛新車或卡車中的觸摸屏導(dǎo)航/信息娛樂系統(tǒng)都被俗稱為“ GPS”，這是我們今天理所當(dāng)然的技術(shù)。實(shí)際上，它無處不在，很難想象沒有它們的新車(盡管確實(shí)存在這樣的車，人們使用了地圖和轉(zhuǎn)盤)。但是，如今的導(dǎo)航觸摸屏之路是一條蜿蜒曲折的道路，其標(biāo)志是數(shù)十年來發(fā)展起來的三項(xiàng)不斷發(fā)展的技術(shù)。這些創(chuàng)新花了一段時(shí)間才最終注定了拙劣的路線圖，更不用說難以閱讀和重述了。

下次您不知道如何到達(dá)某個(gè)地方，而不得不依靠嵌入在汽車顯示屏上的地圖時(shí)，您可以感謝原子鐘，為實(shí)際的全球定位系統(tǒng)提供動(dòng)力的衛(wèi)星星座以及不起眼的觸摸屏。

真的幾點(diǎn)了?

在導(dǎo)致當(dāng)今GPS無法使用的三種技術(shù)中，原子鐘可能是最出乎意料的。但這對(duì)GPS技術(shù)至關(guān)重要。每個(gè)GPS衛(wèi)星都包含多個(gè)原子鐘，這些原子鐘可為每個(gè)GPS信號(hào)計(jì)算在十億分之一秒內(nèi)的時(shí)間。這使銀行可以找到您用來存入支票的ATM的時(shí)間和地點(diǎn)，從而在所有金融交易中都加蓋時(shí)間戳記。它使聯(lián)邦航空管理局能夠使用其多普勒天氣雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)精確跟蹤危險(xiǎn)天氣。它使您的蜂窩電話提供商可以更有效地共享其有限的無線電頻譜，因此您可以隨時(shí)撥打電話。而且，它可以確保數(shù)字廣播公司無論您身在何處，所有歌曲都將同時(shí)到達(dá)同一電臺(tái)。

(而且，盡管有這個(gè)名字，否，原子鐘也不具有放射性。感謝您的詢問。)

像傳統(tǒng)時(shí)鐘一樣，原子鐘使用振蕩來跟蹤時(shí)間。傳統(tǒng)的時(shí)鐘計(jì)算鐘擺振蕩產(chǎn)生的滴答聲。機(jī)械手表使用來自發(fā)條發(fā)條的能量，這些發(fā)條經(jīng)過一系列齒輪傳遞至擺輪，擺輪來回?cái)[動(dòng)。數(shù)字時(shí)鐘使用石英晶體的振蕩或電源線的振蕩。無論采用何種技術(shù)，它們都使用振蕩作為跟蹤時(shí)間的方式，原子鐘也是如此。

原子鐘采用電振蕩器，該電振蕩器受原子在原子核上的正電荷與周圍電子云之間的自然振蕩運(yùn)動(dòng)所調(diào)節(jié)。這種振蕩永遠(yuǎn)不會(huì)改變，因此與傳統(tǒng)時(shí)鐘不同，該振蕩器的頻率可用于極其精確的計(jì)時(shí)。

這個(gè)想法是由哥倫比亞大學(xué)物理學(xué)教授Isidor Rabi于1945年使用他在1930年代開發(fā)的一種稱為原子束磁共振的技術(shù)提出的。這可以通過檢測(cè)原子和分子旋轉(zhuǎn)的單個(gè)狀態(tài)來準(zhǔn)確地測(cè)量原子核的磁性能，而該技術(shù)又被證明是可行的精確計(jì)時(shí)方法。美國國家標(biāo)準(zhǔn)局(現(xiàn)為美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院，簡(jiǎn)稱NIST)于1949年推出了使用原子束磁共振的第一個(gè)時(shí)鐘，但它不夠精確。1952年，發(fā)現(xiàn)銫是最精確的元素，并且首次在名為NBS-1的時(shí)鐘上使用。七年后，NBS-1成為NIST的主要計(jì)時(shí)器。

到1967年舉行的第13屆度量衡大會(huì)時(shí)，已經(jīng)建立了國際標(biāo)準(zhǔn)：第二次定