地球繞太陽公轉一圈時地球自轉366圈，因此定義了太陽日，即從地球上看到太陽為起點第二次看到太陽為終點，地球自轉360度59分為一天，一年為365天多點（此時沒有時分秒單位，年的長度為測量值）

又因為太陽日並不穩定，每年都有很多秒的誤差（這裡還沒有定義秒的長度，單純的表達這裡有很大的誤差），因此國際引入了平均太陽日的概念，一天的長度算了一個平均數

然後人為的定義了一天二十四小時一小時六十分一分六十秒，引入了時分秒進位制關係，即 平均太陽日的長度是測出來的，透過人為的制定規則劃分出了時分秒的進位制關係，因此最初的秒的長度也就出來了（所以才有一秒是一天的86400分之一的這麼整的數值）

然而由於太陽年的穩定性還是不足，人們發現了原子震動穩定性的特點，就將之前測量並計算出的秒的長度時間裡測出原子振盪次數並重新定義了秒的長度（其實沒什麼變化只是換了一個更穩定的參考系）

時間，尋常而又神秘！我們看不見，聽不到，更無法稱重它。它似乎是一種主觀感受，所以有人說：歡樂的時光總是短暫，而痛苦的時間總是漫長。

在“氪”的篇章裡，我們提到法華人最早用地球來度量長度，因而制定了“米”的單位。時間也類似，最早人類從一系列天文現象中理解時間，比如：日出而作、日落而息；斗轉星移；春夏秋冬等等，那體現了週期性變化。因此，人們制定了時間的基本單位“秒”，定義為：地球繞太陽轉動一週時間的1/31556992。（一個太陽年是365.2425天）

【神奇的時間，每個鐘錶的時間都一樣嗎？】

可惜的是，地球並不是一個嚴格按照勻速直線運動繞太陽運轉的大傢伙。由於潮汐力和太陽系內各天體引力的存在，地球的運轉是忽快忽慢的，而且根本沒有規律。嚴謹的科學家們開始嫌棄這種定義，時間應該在全宇宙都是普遍適用的，竟然用一個“矮矬窮”類地行星圍繞著一顆“屌絲”恆星的旋轉來度量，這實在太彆扭了。

科學家們想，物理現象是最穩定的，能不能用物理現象代替天文觀測來定義時間呢？

【用地球繞太陽旋轉而度量時間，Are you kidding me？】

根據量子力學，原子中的電子繞原子核運動，絕非我們宏觀裡常見的地球繞太陽等旋轉運動，而是看起來毫無規律，你只能知道它出現在某處的機率。唯一我們能知道的是，它只能在不同的能級上運動，這些能級就好比一級級臺階，電子只能在這些分立的臺階之間來回躍遷，同時吸收或者發射出電磁波。根據這些電磁波的頻率來計算時間，那一定是最準確的，而且宇宙各地都普遍適用。

【電子躍遷就是上臺階、下臺階。】

然而，有那麼多種元素，同位素就更多了，究竟選哪一種元素呢？那一定要在元素週期表上尋找，鹼金屬最適合，最外圍只有一個電子，受到其他電子的干擾較少。從上到下，從鋰到銫，其電子雲核心逐漸變大，最外層電子的覆蓋範圍也越大。自然，銫是最佳選擇。

這裡千萬不要跟我說銫下面還有鍅元素，放射性同位素免談。

【銫原子的電子圈層結構，最外層是一個電子。】

銫元素有一種同位素銫133，它最外層電子能級中的兩個超精細結構之間躍遷發射出電磁波的頻率大約是9,192,631,770赫茲。因此，1967年，在第十三屆國際計量大會上，一秒被定義為銫133這種電磁波輻射頻率的9,192,631,770倍。

銫元素就是時間的度量元素！

【超精細結構是什麼意思呢？我們知道電子能級最主要依賴於電子和原子核的電磁相互作用，另一方面還來自電子和原子核的自旋，甚至高速電子的相對論效應。前者就好比鋼琴的D鍵和升D鍵（高八度），是大臺階；後者類似高半音的#D鍵和低半音的#C鍵，是小臺階，我們把後者叫做“超精細結構”。原來，電子的躍遷不是恰好到D鍵，總是要麼高一點（#D鍵），要麼低一點（#C鍵），鈉元素那著名的D線之所以是雙黃線，就是這麼來的。】

根據這個定義，可以製造出世界上最精密的銫原子鐘，走2000萬年才會誤差一秒。它們在各個方面幫助現代高精尖技術的發展，跟我們生活最最直接相關的就是GPS導航。每一顆導航衛星上都有3-4個銫原子鐘，由於相對論效應，引力較弱的太空裡銫原子鐘的時間和地面時間會有微小的延遲，因此要不斷矯正。

【美國海軍氣象臺的銫原子鐘。】

中國2007年成功研製“銫原子噴泉鍾”，精度達到600萬年誤差一秒以內，達到世界先進水平，它將為中國自主的北斗衛星的地面時間系統提供計量支援和服務。

【中國獨立自主的北斗衛星，裝備了銫原子鐘，為軍事國防、科技民用提供支援。】