每輛汽車(chē)通往GPS的漫長(zhǎng)而曲折的技術(shù)之路

您開(kāi)車(chē)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(chē)或卡車(chē)中的觸摸屏導(dǎo)航/信息娛樂(lè)系統(tǒng)都被俗稱(chēng)為“ GPS”，這是我們今天理所當(dāng)然的技術(shù)。實(shí)際上，它無(wú)處不在，很難想象沒(méi)有它們的新車(chē)(盡管確實(shí)存在這樣的車(chē)，人們使用了地圖和轉(zhuǎn)盤(pán))。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(lái)發(fā)展起來(lái)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(shuō)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(chē)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(wú)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(lái)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(wú)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(wú)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(xún)問(wèn)。)

像傳統(tǒng)時(shí)鐘一樣，原子鐘使用振蕩來(lái)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(lái)自發(fā)條發(fā)條的能量，這些發(fā)條經(jīng)過(guò)一系列齒輪傳遞至擺輪，擺輪來(lái)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(wú)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?chē)娮釉浦g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(kāi)發(fā)的一種稱(chēng)為原子束磁共振的技術(shù)提出的。這可以通過(guò)檢測(cè)原子和分子旋轉(zhuǎn)的單個(gè)狀態(tài)來(lái)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(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局(現(xiàn)為美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院，簡(jiǎn)稱(chēng)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)：第二次定