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主题:【原创】时钟的故事(5)--本系列完 -- 安德的游戏

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家园 计时器准确程度的数量级

记得很久前看过,时钟或计时器的准确与否,是用它的整个系统的振荡偏差来表示的。比如说一个计时器的准确度是10e-5,就表示这个计时器的每一次振荡所需时间,可能有+/-10e-5的偏差;换个方式说,就是每经过100000次振荡,累计可能多一次或少一次振荡。对于这样的一块表,每天会有0.864秒的误差。

其实,计时的误差源于振动系统的能量耗散程度。在物理中,Q值定义为:Q = f_0 / f_delta。所以,计时系统Q值越高,计时的精度也越高。

  常见的几种震荡系统的Q值范围:

  (1)常见的机械振动   几到几百左右 (10e0~10e2 数量级)

  (2)电子振动(LC电路等)几十到几千左右(10e1~10e3数量级)

  (3)石英晶体振动   10e5~10e7 数量级

  由此可见,通常的电子表(其实就是数字式石英表)和石英钟表比机械的准。只不过很多便宜的电子表和石英表出厂前没有很好的调教过,没法和中、高档的机械手表比。

  根据Wikipedia的数据,机械钟表的计时误差极限是1x10e-7 (http://en.wikipedia.org/wiki/Pendulum_clock),而最精确的石英振荡器可以达到10e-10的水平(http://en.wikipedia.org/wiki/Crystal_oscillator)

  与此对比,原子钟可以达到10e-14~10e-15的水平。其实,原子钟还不是最准确的,广义上来讲,目前人类已知的、而且可以见到的最准确的“钟”是中子星(当然,目前能看到的是X射电中子星、脉冲中子星和磁中子星)。由于具有巨大的质量和角动量,而且其能量在宇宙中几乎没有什么损失,中子星自传速率的改变量只有10e-10 ~ 10e-21的数量级(http://en.wikipedia.org/wiki/Nutron_star)

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