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完美时钟不存在:时间测量的精确性和分辨率不可兼得

科学探索万象经验2023-11-27

时间测量就是用某种物理过程来划分时间的流逝,比如摆动的钟摆、振荡的原子或者脉冲的光源。这些物理过程都有一个共同的特点,就是它们都是周期性的,也就是说它们会重复相同的状态或者事件。我们可以用这些重复的状态或者事件来定义时间的单位,比如秒、分或者小时。我们把这样的物理过程称为时间基准。

但是,任何时间基准都不是完美的,它们都会受到一些随机的或者系统的干扰,导致它们的周期发生变化。这些变化会影响时间测量的精确性,也就是说,时间测量的结果与真实的时间的偏差。我们可以用一个物理量来描述时间测量的精确性,就是不确定度,它表示时间测量的结果的可信区间。不确定度越小,精确性越高。

另一方面,时间测量还受到另一个物理量的限制,就是分辨率,它表示时间测量能够区分的最小的时间间隔。分辨率越高,时间测量越细致。分辨率的大小取决于时间基准的周期,以及我们用什么方法来检测时间基准的状态或者事件。