时间科学基础

第1章　概论 1

第2章 时间测量理论 5

2.1 引言 5

2.2　牛顿理论 5

2.3　狭义相对论 6

2.3.1 同时性概念 6

2.3.2　时间膨胀 7

2.3.3　洛伦兹变换 10

2.4　广义相对论 11

2.4.1 时空度规 11

2.4.2 引力红移 13

2.4.3 引力时延 15

2.4.4　后牛顿近似 15

第3章　天文学时间 19

3.1 日期、历法和时间 19

3.2.1 真太阳时 21

3.2.2　平太阳时 21

3.2 以地球自转为基础的时间测量 21

3.2.3　时差 22

3.2.4　恒星时 23

3.2.5　地方时与时区 24

3.2.6　世界时 26

3.3 以地球公转为基础的时间测量 29

3.3.1 地球自转的不均匀性 29

3.3.2　历书时秒定义 31

3.3.3　历书时和世界时的关系 32

3.4.1 观测事实 33

3.4　脉冲星时间 33

3.4.2　可能贡献 34

第4章　原子时 36

4.1 历史回顾 36

4.2　原子钟守时原理 38

4.3　原子时秒定义 40

4.4　原子时的起点 41

4.5　原子时与世界时的协调 43

5.1 引言 50

第5章 时间尺度和算法 50

5.2.1 国际原子时 51

5.2　广义相对论中的时间尺度 51

5.2.2　协调世界时 52

5.2.3　IAU 1991年决议A4 53

5.3　时间尺度的建立 54

5.3.1 预期质量 54

5.3.2　定时资料 56

5.3.3　时间尺度算法 60

5.3.5　某些独立时间尺度的稳定度 66

5.3.4　时间尺度的准确度 66

5.4　各类时间尺度的相互关系 67

5.4.1 新尺度的引进 67

5.4.2　各类时间尺度之间的相互关系 68

5.4.3　关于历元J2000 69

5.4.4　为什么要有这么多时间尺度 69

5.5 结论 70

6.1 引言 72

第6章　授时技术 72

6.2　短波无线电授时 75

6.3　长波无线电授时 80

6.4　电视授时 85

6.5　卫星授时 88

6.5.1　GPS系统 89

6.5.2　GLONASS系统 92

6.5.3 北斗一号 92

6.6 电话授时 93

6.7 网络授时 94

6.8　各种授时技术的精度比较 96

第7章 时间和频率的测量比对 97

7.1 引言 97

7.2　时间和频率的稳定度 98

7.2.1 定义 98

7.2.2 符号 98

7.2.3　时域测量 99

7.2.5　时间和频率波动模型 101

7.2.4　频域测量 101

7.2.6　频率稳定度的特征 102

7.2.7　时间稳定度的特征 107

7.2.8　稳定度测量中的交合评价 107

7.3　机械振荡器 108

7.4　石英晶体振荡器 109

7.5　准确度概念 111

7.6.1 概论 112

7.6　时间和频率比对 112

7.6.2　频率与原时的关系 113

7.6.3　时间比对 113

7.6.4　频率比对 130

第8章　原子频标 133

8.1 原子频标的波谱学基础 133

8.1.1 原子特性的普遍性 133

8.1.2　碱性原子的频谱特性 133

8.1.3　选择标准 138

8.1.4　谱线宽度 139

8.2　原子与电磁场的相互作用 140

8.2.1 弱场中的观测 140

8.2.2　原子状态的制备和检测 140

8.2.3　多普勒效应 142

8.2.4　谐振腔 145

8.2.5　伺服电路 145

8.3.4　碰撞效应 146

8.3.3　速度效应 146

8.3.2　黑体辐射 146

8.3.1 外加磁场的影响 146

8.3　静态孤立原子的近似实现 146

8.3.5　调制增宽 147

8.3.6　边带效应 147

8.4　铯束频标 147

8.4.1　磁选态铯束频标 148

8.4.2　光抽运铯束频标 164

8.4.3　激光冷却铯原子频标 168

8.5　氢脉泽 176

8.5.1　氢脉泽的结构 177

8.5.2　振荡条件 178

8.5.3　主动型氢脉泽 180

8.5.4　被动型氢脉泽 184

8.5.5　氢脉泽的时频测量特性 186

8.5.6　制冷型氢脉泽 188

8.6　铷频标 189

8.6.1　基本结构 189

8.6.2　工作原理 190

8.6.3　时频特性 190

8.6.4　展望 191

8.7　汞离子频标 191

8.7.1 射频陷阱囚禁原理 192

8.7.2　囚禁离子的特性 195

8.7.3　汞离子频标描述 196

8.7.4　汞离子频标时频特性 198

8.7.6　镱离子频标 199

8.8　其他原子频标 199

8.7.5　展望 199

8.9 总结 200

第9章 时间和频率的应用 201

9.1　基础研究 201

9.1.1 计量学 201

9.1.2　物理学常数的测定 202

9.1.3　在原子物理学中的应用 203

9.1.4　在时－空结构和引力场研究中的应用 204

9.1.5　在海洋环境研究中的应用 205

9.2.1 地面无线电导航定位系统 207

9.2　导航定位 207

9.2.2　卫星导航定位系统 208

9.3　在航天和兵器试验中的应用 211

9.4　在通信中的应用 212

9.5　在电力系统中的应用 212

附录1 世界上主要时间实验室 214

附录2 与时间有关的国际科学组织 216

主要参考书目 219

索引 220