為何需要精確計時？ 當你每次打開Pokémon Go或其他需要全球 定位系統（Global Position System / GPS）的遊戲時， 你手機的 GPS都會確定你所在的座標並顯示你的位置。 假如你的角色突然在地圖上「瞬間移動」，或是遊戲不承 認你已走完孵蛋所需的兩公里路程時，無力感隨即會在刹 那間湧現，GPS時間出現些微誤差都會導致這些問題發 生。 無線電訊號以光速傳播，大約是每秒3 × 108 米。要得 知你與GPS衛星之間的距離，系統需要知道衛星發出的 無線電訊號到達你所在位置的所需時間。依照最簡單的速 度公式，我們知道時鐘只要出現一納秒（10-9 秒）誤差，就 會導致大約30厘米的範圍誤差 [1]。因此，即使是極小的 時間偏差，也可能讓你的角色錯過遊戲中的稀有資源。沒 有原子等級的精準度，手機地圖上的「藍點」就可能大幅偏 離現實位置。 時間的本質 我們可以從一個基本問題作為起點：甚麼是時間？長 久以來，哲學家爭論時間是否像河流般「流動」：是不斷前 進的現在將我們由過往帶到未來；抑或所有時刻平等地存 在，過去、現在與未來只是四維空間中的一幀幀片段。當 然還有其他各種不同觀點 [2]。雖然沒有人能確定時間究 竟是甚麼，但從實際角度來說，我們可以透過數算一些可 重複、具週期性的現象來定義時間的長度。 最常見的週期性現象是因地球自轉而產生的日出日落。 我們也能利用由重力驅動的鐘擺，它能提供幾乎恆定的 擺動週期，從而成為早期機械鐘的基礎。另外， 儘管你可能不自覺，但甚至你的身體 也在「計時」：你在早上精神飽滿， 晚上感到困倦，以此完成一天的 循環（假設你的生理時鐘沒有偏 差）。不過地球的自轉速度並不 完全恆定，不同鐘擺也會因製造 誤差導致擺動週期略有不同 [3]，因 此我們需要一個全新的時間定義。1927 年，加拿大工程師Warren Marrison發現石英晶體在電 場下會以極穩定的頻率振動 [3]。當被切割成適當形狀與 大小時，時鐘裡的標準石英晶體會以 32,768 赫茲的頻率 振動 [3, 4]。只要計算32,768次振動所需的時間，我們就 可以定義一秒。 銫原子鐘的結構 然而，從機械鐘每年可能出現 10 秒誤差，到石英鐘三 年只會出現一秒誤差 [3]，精準度依然有進步空間，於是科 學家發展出更先進的計時技術。銫原子鐘是原子鐘家族的 一員，其他還包括銣原子鐘、氫原子鐘、晶片級原子鐘，以 及最新的光晶格鐘。銫原子鐘仍是全球最常用的設計，而 事實上，香港天文台自1980 年起就以銫原子鐘提供授時 服務，精準度可維持在每天 0.01微秒（10-8 秒）以內 [5]。 銫原子鐘的內部並非藉原子「滴答滴答」擺動計時， 而是精確地數算鎖定於銫原子基準的微波訊號週期。銫 原子就像內建的音叉，只對 9,192,631,770 赫茲的微波頻 率產生共振，而在兩個能量狀態之間轉換。這個過程發生
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