每辆车通往GPS的漫长而曲折的技术之路

每辆新车或卡车上的触摸屏导航/信息娱乐系统，一些人俗称为“GPS”，是我们今天认为理所当然的技术。事实上，它是如此无处不在，很难想象没有它们的新车(尽管这样的车确实存在-人们使用地图和转盘)。但通向今天导航触摸屏的道路是曲折的，其标志是几十年来发展起来的三项不断发展的技术。过了一段时间，这些创新汇聚在一起，最终注定了卑微的路线图-更不用说难以阅读和重新折叠-路线图了。

下次你不知道怎么去某个地方，不得不依赖嵌入在汽车显示屏上的地图时，你可以感谢原子钟，为实际的全球定位系统提供动力的卫星星座，以及不起眼的触摸屏。

在导致今天GPS不可避免的三项技术中，原子钟可能是最令人意想不到的。但它对GPS技术至关重要。每颗GPS卫星都包含多个原子钟，这些原子钟可以计算出每个GPS信号在100亿分之一秒内的时间。这允许银行定位您用来存入支票的自动取款机的时间和地点，从而在所有金融交易中精确地标记时间戳。它允许联邦航空管理局使用其多普勒天气雷达网络精确跟踪危险天气。它可以让您的蜂窝运营商更有效地共享其有限的无线电频谱，因此您可以随时拨打电话。它还确保数字广播公司无论你身在何处，所有歌曲都能在同一时间到达同一电台。

与传统时钟一样，原子钟使用振荡来跟踪时间。传统的钟会计算钟摆摆动产生的滴答声。机械表利用上了发条的主发条通过一系列齿轮传递到平衡轮上的能量，平衡轮来回摆动。数字钟使用石英晶体的振荡或电源线的振荡。不管技术如何，它们都使用振荡作为一种跟踪时间的方式，原子钟也是如此。

原子钟使用一个电子振荡器，由原子在原子核上的正电荷和周围的电子云之间的自然振荡运动调节。这种振荡从不改变，因此与传统时钟不同的是，振荡器的频率可以用于非常精确的计时。

这个想法是由哥伦比亚大学物理学教授Isidor Rabi在1945年提出的，他在20世纪30年代开发了一种名为原子束磁共振的技术。这可以通过检测原子和分子的单一旋转状态来精确测量原子核的磁性，而这项技术反过来又被证明是一种精确计算时间的可行方法。第一个使用原子束磁共振的时钟是由国家标准局(现在的国家标准与技术研究所，简称NIST)在1949年引入的，使用的是氨原子，但它的精度还不够高。1952年，铯被发现是最精确的元素，并首次在名为NBS-1的钟上使用。七年后，NBS-1作为NIST的主要计时器投入使用。

到1967年第13届大会召开时，国际标准已经确立：1秒的时间被定义为铯原子振动所需的9192,631,770次辐射循环。

美国政府的官方时间今天仍在使用铯原子钟。原子钟的这个概念将被证明是在Sputnik时代开发全球定位系统的关键-这一切都与同步性有关，这在开发GPS时是必不可少的。