時間的工廠

過了一會兒，我和天文臺報時服務(wù)部的主任馬薩吉斯博士坐下聊天。他的穿著非常正式：灰色西裝外套、白色襯衫、條紋領(lǐng)帶；如果他的下巴再寬一點，就很像演員里卡爾多·蒙特爾班。馬薩吉斯擁有物理博士學(xué)位，本來是天文臺的無線電天文學(xué)家，后來照他的說法，“被計時的藝術(shù)誘惑”（似乎說明了為什么愛因斯坦和巨石陣的海報同時掛在他辦公室的墻上）。10年前他接下部門主任的職位。

我試探性地稱他為負(fù)責(zé)全美國時間的人，馬薩吉斯卻糾正我：他負(fù)責(zé)國防部的時間。但大體上來說，其實都一樣。在很多民生應(yīng)用上，時間最終都來自美國海軍天文臺的時鐘。拿全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)來當(dāng)例子。網(wǎng)絡(luò)中的衛(wèi)星要依靠一組精確定時的信號，信號在衛(wèi)星上的時鐘和天文臺的母鐘之間來回傳遞。如果時鐘只差了十億分之一秒（一毫微秒），系統(tǒng)的定位就會偏差30厘米 ①。“如果你想找到自己的車子，差30厘米還無所謂，”馬薩吉斯說，“但差了10毫微秒或20毫微秒，（由此引起的定位）錯誤就會很嚴(yán)重，（這種錯誤）還會按比例擴大，這就有問題了。”他并未夸大其詞。如果你要降落宇宙飛船，或要把載滿乘客的七六七降落在芝加哥的俄亥俄機場，一米的距離也很重要。毫微秒亦不可小覷。

母鐘可說是這里最重要的機器，但馬薩吉斯說天文臺總共有將近一百座鐘（他說“如果日晷也算在內(nèi)”，或許正好是一百）。大多數(shù)是銫原子鐘：計算銫原子的振動次數(shù)來計時，在自然狀態(tài)下，銫原子每秒鐘的頻率是9 192 631 770次循環(huán)。另外還有氫微波激射鐘：運作的原理是把氫原子射入一個叫作“共振腔”的反應(yīng)室里，讓氫原子在里面以自己獨特（且穩(wěn)定）的頻率振蕩。激射鐘的技術(shù)比銫原子鐘更新，甚至更為準(zhǔn)確。（如果你想買一個，我推薦銫原子鐘。馬薩吉斯說一座才6萬美元。激射鐘的價格比較貴，要25萬美元。）

然而，最困難的工作是要讓所有的鐘都顯示一樣的時間。馬薩吉斯說每座鐘“對時間都有自己的意見”。彼此之間的差異可能多達(dá)數(shù)毫微秒。俗諺說：“有一只表的人知道現(xiàn)在幾點鐘。有兩只表的人永遠(yuǎn)不確定。”馬薩吉斯的工作內(nèi)容也包括開發(fā)計算機算法，好把所有的報時結(jié)果結(jié)合成一個可以傳送給母鐘的信號。他說：“‘什么才是正確的算法’這個問題本身就很值得探討。”他解釋說，他們會舉辦研討會，全心鉆研正確的方程式組合。在我到訪的時候，他正在安排第五屆國際時標(biāo)算法研討會，2008年年初在西班牙舉行。（我忍不住思忖，一心想著時間的科學(xué)家是否會和當(dāng)?shù)厝艘粯樱搅讼挛缇蜁和h睡個午覺。）

馬薩吉斯帶我參觀了美國海軍天文臺的時鐘，這些鐘散落在天文臺園區(qū)內(nèi)不同的建筑物中。所有的鐘都裝在溫濕度經(jīng)過控制的地窖里，溫度保持在10攝氏度。銫原子鐘的外表不引人注目，四四方方的米黃色盒子像計算機的硬盤，也像高級的音響擴大機。黑色的激射鐘比較高，尺寸和外形都像飯店房間里的小冰箱。

天文臺里的鐘也分等級。馬薩吉斯解釋：“我們有一個母鐘，還有其他的主鐘，它們控制自己的測量系統(tǒng)，同時進(jìn)行同樣的工作。萬一母鐘出了問題，就可以派上用場。”

我不禁要問：母鐘出過問題嗎？

“噢，當(dāng)然，”他說，“在我任職的十年內(nèi)，母鐘壞過兩次。每次我要出遠(yuǎn)門，母鐘就有問題。有一次我已經(jīng)搭上飛機，準(zhǔn)備要起飛了。還有一次我正要開車去參加我兒子的婚禮。”他向我保證，問題不嚴(yán)重。“儀器總會出問題。我們已經(jīng)確定好應(yīng)變程序。整個小組都會集合起來。”我腦海中出現(xiàn)了一個垂頭喪氣、嘟著嘴巴的“母鐘”暫時卸下職務(wù)，生機盎然、充滿熱情的“主鐘”站上舞臺，擔(dān)起精確報時的責(zé)任，滿足全美各地的需要的場景。

我從走廊隔著玻璃觀看母鐘，這座鐘看起來就像很普通的藍(lán)色、黑色和灰色的電子組件堆積在一起。它的代號是NAV - 18，上面有形形色色的旋鈕和按鍵；另外有六七條連到其他機器上的同軸電纜，和好幾組LED顯示器，其中有兩組不知道為什么讀數(shù)是“零”。第三個顯示器明眼人一看就知道是世界標(biāo)準(zhǔn)時間，于1972年取代格林尼治標(biāo)準(zhǔn)時間成為全球標(biāo)準(zhǔn)。

不要被母鐘樸實的外表騙了：這座非凡的機器和美國海軍天文臺其他的時鐘“對話”，持續(xù)自我修正，有效地反映出集體的報時結(jié)果。母鐘的精確度非常驚人。日復(fù)一日，每天計時的精確度都在一百微微秒內(nèi)（一微微秒等于一兆分之一秒）。如果在六千萬年前恐龍絕種時母鐘就已經(jīng)存在，到現(xiàn)在只會比標(biāo)準(zhǔn)時間快兩秒或慢兩秒。我看看我的手表，跟母鐘差了五十秒。看來我是該校準(zhǔn)時間了。

① 光線每秒行進(jìn)約30萬公里。在一毫微秒內(nèi)可以行進(jìn)十億分之一的距離，也就是30厘米。