时间的工厂

过了一会儿，我和天文台报时服务部的主任马萨吉斯博士坐下聊天。他的穿着非常正式：灰色西装外套、白色衬衫、条纹领带；如果他的下巴再宽一点，就很像演员里卡尔多·蒙特尔班。马萨吉斯拥有物理博士学位，本来是天文台的无线电天文学家，后来照他的说法，“被计时的艺术诱惑”（似乎说明了为什么爱因斯坦和巨石阵的海报同时挂在他办公室的墙上）。10年前他接下部门主任的职位。

我试探性地称他为负责全美国时间的人，马萨吉斯却纠正我：他负责国防部的时间。但大体上来说，其实都一样。在很多民生应用上，时间最终都来自美国海军天文台的时钟。拿全球卫星定位系统网络来当例子。网络中的卫星要依靠一组精确定时的信号，信号在卫星上的时钟和天文台的母钟之间来回传递。如果时钟只差了十亿分之一秒（一毫微秒），系统的定位就会偏差30厘米 ①。“如果你想找到自己的车子，差30厘米还无所谓，”马萨吉斯说，“但差了10毫微秒或20毫微秒，（由此引起的定位）错误就会很严重，（这种错误）还会按比例扩大，这就有问题了。”他并未夸大其词。如果你要降落宇宙飞船，或要把载满乘客的七六七降落在芝加哥的俄亥俄机场，一米的距离也很重要。毫微秒亦不可小觑。

母钟可说是这里最重要的机器，但马萨吉斯说天文台总共有将近一百座钟（他说“如果日晷也算在内”，或许正好是一百）。大多数是铯原子钟：计算铯原子的振动次数来计时，在自然状态下，铯原子每秒钟的频率是9 192 631 770次循环。另外还有氢微波激射钟：运作的原理是把氢原子射入一个叫作“共振腔”的反应室里，让氢原子在里面以自己独特（且稳定）的频率振荡。激射钟的技术比铯原子钟更新，甚至更为准确。（如果你想买一个，我推荐铯原子钟。马萨吉斯说一座才6万美元。激射钟的价格比较贵，要25万美元。）

然而，最困难的工作是要让所有的钟都显示一样的时间。马萨吉斯说每座钟“对时间都有自己的意见”。彼此之间的差异可能多达数毫微秒。俗谚说：“有一只表的人知道现在几点钟。有两只表的人永远不确定。”马萨吉斯的工作内容也包括开发计算机算法，好把所有的报时结果结合成一个可以传送给母钟的信号。他说：“‘什么才是正确的算法’这个问题本身就很值得探讨。”他解释说，他们会举办研讨会，全心钻研正确的方程式组合。在我到访的时候，他正在安排第五届国际时标算法研讨会，2008年年初在西班牙举行。（我忍不住思忖，一心想着时间的科学家是否会和当地人一样，到了下午就暂停会议睡个午觉。）

马萨吉斯带我参观了美国海军天文台的时钟，这些钟散落在天文台园区内不同的建筑物中。所有的钟都装在温湿度经过控制的地窖里，温度保持在10摄氏度。铯原子钟的外表不引人注目，四四方方的米黄色盒子像计算机的硬盘，也像高级的音响扩大机。黑色的激射钟比较高，尺寸和外形都像饭店房间里的小冰箱。

天文台里的钟也分等级。马萨吉斯解释：“我们有一个母钟，还有其他的主钟，它们控制自己的测量系统，同时进行同样的工作。万一母钟出了问题，就可以派上用场。”

我不禁要问：母钟出过问题吗？

“噢，当然，”他说，“在我任职的十年内，母钟坏过两次。每次我要出远门，母钟就有问题。有一次我已经搭上飞机，准备要起飞了。还有一次我正要开车去参加我儿子的婚礼。”他向我保证，问题不严重。“仪器总会出问题。我们已经确定好应变程序。整个小组都会集合起来。”我脑海中出现了一个垂头丧气、嘟着嘴巴的“母钟”暂时卸下职务，生机盎然、充满热情的“主钟”站上舞台，担起精确报时的责任，满足全美各地的需要的场景。

我从走廊隔着玻璃观看母钟，这座钟看起来就像很普通的蓝色、黑色和灰色的电子组件堆积在一起。它的代号是NAV - 18，上面有形形色色的旋钮和按键；另外有六七条连到其他机器上的同轴电缆，和好几组LED显示器，其中有两组不知道为什么读数是“零”。第三个显示器明眼人一看就知道是世界标准时间，于1972年取代格林尼治标准时间成为全球标准。

不要被母钟朴实的外表骗了：这座非凡的机器和美国海军天文台其他的时钟“对话”，持续自我修正，有效地反映出集体的报时结果。母钟的精确度非常惊人。日复一日，每天计时的精确度都在一百微微秒内（一微微秒等于一兆分之一秒）。如果在六千万年前恐龙绝种时母钟就已经存在，到现在只会比标准时间快两秒或慢两秒。我看看我的手表，跟母钟差了五十秒。看来我是该校准时间了。

① 光线每秒行进约30万公里。在一毫微秒内可以行进十亿分之一的距离，也就是30厘米。