1秒究竟有多長？記者探訪中國計量院「中國最準的表」

秒殺、秒懂、秒退……這些我們常掛在嘴邊的詞，表示在瞬間完成某個動作，但這轉瞬即逝的1秒到底有多長？記者在中國計量科學研究院（以下簡稱中國計量院）時間頻率實驗室找到了答案。

近日，在市場監管總局組織的媒體開放日活動上，新京報記者先後走進了時間頻率實驗室、聲學實驗室和電磁兼容試驗室，聆聽有趣的計量史學，觸摸精密儀器，感受生活中無處不在的計量科學。

地下二層試驗室探尋「中國最準的表」

時間頻率實驗室位於地下二層，相當於在地下16米的位置。在這裏，記者看到了一排設備，其中有三台設備標著不同的時間，分別是本地原子時、協調世界時、中國標準時間。中國計量院時間頻率計量中心工程師楊東方指著中國標準時間介紹，「這是中國自己獨立保持的最準的表。」

如果問1秒有多長，用「一天24小時，一小時60分鐘，一分鐘60秒」來算，一天可以分為86400份，每一份即為1秒。楊東方表示，這種通過觀測天體運行得到的時間叫天文時。由於地球公轉速度並不均勻，自轉速率也不均勻，時快時慢，「所以導致我們每一天的秒都可能不一樣。」

儘管秒的變化幅度不過千萬分之一，但隨著航天、軍事等活動的開展，如此定義的秒長已經無法滿足實際需求。

1967年，第十三屆國際計量大會通過決議，將基本時間單位「秒」的長度定義為無干擾的銫133（133Cs）原子基態的兩個超精細子能級間躍遷9192631770次所持續的時間。這一定義取代了通過天文觀測定義的秒長，解決了天文時間的不均勻問題。

國際原子時（TAI）以銫原子秒長為基本時間計量單位，以1958年1月1日0時為時間原點。目前，全球80多個守時實驗室的400多台商品原子鐘參與國際原子時計算，僅有少數國家，包括美、俄、中、法、德、日等國銫噴泉原子鐘獲準駕馭國際原子時。

之所以叫「噴泉鍾」，是因為銫原子鐘的工作過程是激光冷卻後的銫原子團向上拋起，再自由下落，同時銫原子團在微弱的熱運動下膨脹，形似噴泉。2014年，中國計量院研製的銫原子噴泉鍾NIM5，作為秒長國家基準成為國家時間頻率量值的源頭，目前，其不確定度相當於4600萬年不差一秒。同年通過國際計量局評審參與駕馭國際原子時，使得中國在國際原子時合作中擁有了「話語權」和表決權。

「我們把時間做得這麼準，並不僅是為了讓大家日常看表計時，它最主要的用途是衛星導航系統。」中國計量院時間頻率計量中心副研究員劉昆介紹，速度乘以時間等於距離，時間越準，定位的精度就越準。中國計量院2010年研製的銫原子噴泉鍾有兩台，其中一台作為北鬥系統的地面基準鍾送到了北鬥定位中心。除了衛星導航，原子時也應用在智能電網上，為了確保發電機的穩定運行和電網安全，發電時需相位保持一致，因此在時間上要特別精確。

消聲室可以測量到腸胃蠕動的聲音

走進聲學實驗室（消聲室），像是走進了一個大型的蹦床——地面是懸在半空中的一張地網，走上去就像在蹦床上一般可以上下搖晃。密閉的空間里，牆壁、地板和天花板均鋪滿吸聲材料。在實驗室內說話沒有回聲，保持不動時利用最靈敏的傳感器甚至能測量到自己胃腸蠕動的聲音。

中國計量院力學與聲學所副研究員牛鋒介紹，為了測量設備輻射出來的噪聲，包括聲壓級和聲功率級，需要一個測試場所能夠屏蔽外界干擾，去除反射聲音的影響。消聲室就是一間沒有反射的房間，其各個牆壁上均鋪設有吸聲性能良好的吸聲材料，以消除室內聲波的反射，從而創建一個近似於自由場空間的環境。

消聲室主要用於聲學測試和研究，為工程師和研究人員提供一個低噪聲、無干擾的聲學環境，以精確測量和分析聲音的物理特性。

牛鋒介紹，在這裏可以做很多科學研究，比如現在室內中間就放置著聲學照相機和音箱，聲學照相機用來捕捉和定位聲音，通過16個揚聲器來形成任意一個角度都能發聲的虛擬聲源，來校準被測設備，比如智能音頻設備、智能音箱、耳機等。

聲音的強弱等級用分貝來表示。牛鋒介紹，人類感知聲音的下限是20微帕，以其為參考值，對應的聲壓級是0分貝，0分貝並不是完全沒有聲音，而是指聲音的強度低到人耳剛剛能夠感知的程度。這間消聲室能夠測到最低的數據是-2.4分貝。「在消聲室里，耳膜可能會些不適應，因為沒有反射、背景噪聲也太低；但這些都是聲學測量需要的環境條件，測量時人會在外面的控制室里，如果人在裡面，我們可以測量到腸胃蠕動的聲音。」

全消聲室一般用於聲學計量儀器的型式評價試驗，劇場使用的線性聲源陣列的指向性測量，各個廠家生產的所謂「靜音」或者「超靜音」設備的測試，通常標稱30分貝以下的儀器設備都需要在這樣的環境中測試。

而全消聲的環境在通常生活中是不存在的，除非懸掛在高空中，平時接觸到的環境，更類似於半消聲室，比如空曠的草坪、停機場、大型車間等。因此，諸如冰箱、洗衣機等家電設備以及大型設備的噪聲要求一般都是在半消聲室環境下測量的。半消聲室已經為北汽、清華等廠家和科研院所提供了轎車的聲傳遞函數測試，即發動機噪聲如何傳遞到主駕、副駕等，以及如何評價、改進。

消聲室、半消聲室還可以廣泛用於環保部門進行噪聲汙染超標與否的仲裁。此外，機動車鳴笛抓拍系統，通過傳聲器（馬克風）陣列採集聲音，過濾掉背景噪聲，如刹車聲、引擎聲等，通過圖像比對同步捕捉並鎖定違禁車輛，生成聲波顯示圖片、車輛全景、近景和車牌照片，作為處罰依據。目前，鳴笛抓拍系統已在北京、廣州、海口等多個城市得到應用。

汽車上市前需要通過電磁兼容檢測

隨後，記者參觀了電磁兼容試驗室。這是一間半電波暗室，其外殼是一個由金屬板封閉起來的六面體，用於屏蔽外部的電磁波干擾進入暗室內部；牆壁和房頂貼了高性能電磁波吸波材料，用於吸收電磁波消除反射。只有地面使用導電地板，不覆蓋吸波材料。

中國計量院信息與電子研究所工程師王少華介紹，這個半電波暗室主要用來做電磁兼容試驗，包括工業、科學、醫療設備，信息技術設備，汽車整車，汽車零部件的電磁兼容試驗等。

電子電氣設備工作的時候會向外輻射電磁波，同時，電子設備也容易受到電磁干擾。使用風筒的時候，電視可能會被幹擾導致出現異常畫面就是電磁干擾現象。如果電子設備的電磁輻射過大，會對其他設備造成干擾，可能引發其他設備的誤動作或功能失效。如果電子設備抗干擾能力不足，輕則導致數據丟失，重則引發安全事故。

比如，汽車作為一台大型的電子設備，具備多種功能，尤其是新能源汽車，配備了多種傳感器，像雷達、攝像頭、馬克風等，智能化程度越來越高，集成的電子元器件越來越多。如果汽車的抗電磁干擾能力不足，車輛在行駛過程中會受到其他電磁干擾，可能導致控制功能故障或其他功能失效，存在極大的安全隱患。因此，電磁兼容成為產品設計中需要考慮的關鍵一環，電磁兼容也成了一個重要的評價指標。

「國家標準對汽車的電磁兼容性要求很高，汽車上市前需要通過電磁兼容檢測。」王少華說，汽車向外輻射的電磁波不允許超過標準規定的限值，同時汽車需要具備抗電磁干擾的能力。因此，需要在實驗室做電磁兼容試驗。

此外，靜電放電抗干擾試驗也是電磁兼容的一項試驗，模擬人體帶靜電向被測設備放電。「比如，我們冬天開車拉車門的時候，經常會對門把手突然產生靜電放電。其實，靜電的電壓高達幾千伏甚至上萬伏，可能導致設備數據丟失或功能損壞，靜電放電抗擾度試驗也是汽車和其他很多電子設備都需要做的試驗。」在實驗室使用靜電放電發生器，向被測設備或者汽車的各個部位施加靜電放電，比如車門、方向盤、換擋杆、顯示屏幕、按鈕、車燈、雷達等部位，檢測其功能是否失效。

新京報記者 陳琳

編輯 白爽 校對 陳荻雁