時間科學(xué)基礎(chǔ)

前言

　　在中國科學(xué)院研究生院和高等教育出版社的共同努力下，凝聚著中國科學(xué)院新老科學(xué)家、研究生導(dǎo)師們多年心血和汗水的中國科學(xué)院研究生院教材面世了。這套教材的出版，將對豐富我院研究生教育資源、提高研究生教育質(zhì)量、培養(yǎng)更多高素質(zhì)的科技人才起到積極的推動作用?！　∽鳛榭萍紘谊?，中國科學(xué)院肩負(fù)著面向國家戰(zhàn)略需求，面向世界科學(xué)前沿，為國家作出基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性和前瞻性的重大科技創(chuàng)新貢獻(xiàn)和培養(yǎng)高級科技人才的使命。中國科學(xué)院研究生教育是我國高等教育的重要組成部分，在新的歷史時期，中國科學(xué)院研究生教育不僅要為我院知識創(chuàng)新工程提供人力資源保障，還擔(dān)負(fù)著落實科教興國戰(zhàn)略和人才強(qiáng)國戰(zhàn)略，為創(chuàng)新型國家建設(shè)培養(yǎng)一大批高素質(zhì)人才的重要使命?！　〖芍袊茖W(xué)院的教學(xué)資源、科技資源和智力資源，中國科學(xué)院研究生院堅持教育與科研緊密結(jié)合的“兩段式”培養(yǎng)模式，在突出科學(xué)教育和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的同時，重視全面素質(zhì)教育，倡導(dǎo)文理交融、理工結(jié)合，培養(yǎng)的研究生具有寬厚扎實的基礎(chǔ)知識、敏銳的科學(xué)探索意識、活躍的思維和唯實、求真、協(xié)力、創(chuàng)新的良好素質(zhì)。

內(nèi)容概要

　　《時間科學(xué)基礎(chǔ)》系統(tǒng)地介紹了現(xiàn)代時間測量的基本理論和方法。內(nèi)容包括：天文學(xué)時間標(biāo)準(zhǔn)的歷史沿革，原子時守時理論和尺度算法，高精度時間頻率的測量比對，現(xiàn)代授時技術(shù)和原子頻標(biāo)等。全書著重闡述在相對論框架下時間測量的基本概念和計算方法。《時間科學(xué)基礎(chǔ)》可作為時頻測量、航天、通信、導(dǎo)航、測地和天文學(xué)等領(lǐng)域相關(guān)專業(yè)的研究生的教材，也可供這些領(lǐng)域的工作人員和大學(xué)生參考。

書籍目錄

前言全書主要符號表第1章 概論第2章 時間測量理論2.1 引言2.2 牛頓理論2.3 狹義相對論2.3 .1 同時性概念2.3 .2 時間膨脹2.3 .3 洛倫茲變換2.4 廣義相對論2.4 .1 時空度規(guī)2.4 .2 引力紅移2.4 .3 引力時延2.4 .4 后牛頓近似第3章 天文學(xué)時間3.1 日期、歷法和時間3.2 以地球自轉(zhuǎn)為基礎(chǔ)的時間測量3.2 .1 真太陽時3.2 .2 平太陽時3.2 .3 時差3.2 .4 恒星時3.2 .5 地方時與時區(qū)3.2 .6 世界時3.3 以地球公轉(zhuǎn)為基礎(chǔ)的時間測量3.3 .1 地球自轉(zhuǎn)的不均勻性3.3 .2 歷書時秒定義3.3 .3 歷書時和世界時的關(guān)系3.4 脈沖星時間3.4 .1 觀測事實3.4 .2 可能貢獻(xiàn)第4章 原子時4.1 歷史回顧4.2 原子鐘守時原理4.3 原子時秒定義4.4 原子時的起點4.5 原子時與世界時的協(xié)調(diào)第5章 時間尺度和算法5.1 引言5.2 廣義相對論中的時間尺度5.2 .1 國際原子時5.2 .2 協(xié)調(diào)世界時5.2 .3 IAU1991年決議A45.3 時間尺度的建立5.3 .1 預(yù)期質(zhì)量5.3 .2 定時資料5.3 .3 時間尺度算法5.3 .4 時間尺度的準(zhǔn)確度5.3 .5 某些獨(dú)立時間尺度的穩(wěn)定度5.4 各類時間尺度的相互關(guān)系5.4 .1 新尺度的引進(jìn)5.4 .2 各類時間尺度之間的相互關(guān)系5.4 .3 關(guān)于歷元J20005.4 .4 為什么要有這么多時間尺度5.5 結(jié)論第6章 授時技術(shù)6.1 引言6.2 短波無線電授時6.3 長波無線電授時6.4 電視授時6.5 衛(wèi)星授時6.5 .1 GPS系統(tǒng)6.5 .2 GLONASS系統(tǒng)6.5 .3 北斗一號6.6 電話授時6.7 網(wǎng)絡(luò)授時6.8 各種授時技術(shù)的精度比較第7章 時間和頻率的測量比對7.1 引言7.2 時間和頻率的穩(wěn)定度7.2 .1 定義7.2 .2 符號7.2 .3 時域測量7.2 .4 頻域測量7.2 .5 時間和頻率波動模型7.2 .6 頻率穩(wěn)定度的特征7.2 .7 時間穩(wěn)定度的特征7.2 .8 穩(wěn)定度測量中的交合評價7.3 機(jī)械振蕩器7.4 石英晶體振蕩器7.5 準(zhǔn)確度概念7.6 時間和頻率比對7.6 .1 概論7.6 .2 頻率與原時的關(guān)系7.6 .3 時間比對7.6 .4 頻率比對第8章 原子頻標(biāo)8.1 原子頻標(biāo)的波譜學(xué)基礎(chǔ)8.1 .1 原子特性的普遍性8.1 .2 堿性原子的頻譜特性8.1 .3 選擇標(biāo)準(zhǔn)8.1 .4 譜線寬度8.2 原子與電磁場的相互作用8.2 .1 弱場中的觀測8.2 .2 原子狀態(tài)的制備和檢測8.2 .3 多普勒效應(yīng)8.2 .4 諧振腔8.2 .5 伺服電路8.3 靜態(tài)孤立原子的近似實現(xiàn)8.3 .1 外加磁場的影響8.3 .2 黑體輻射8.3 .3 速度效應(yīng)8.3 .4 碰撞效應(yīng)8.3 .5 調(diào)制增寬8.3 .6 邊帶效應(yīng)8.4 銫束頻標(biāo)8.4 .1 磁選態(tài)銫束頻標(biāo)8.4 .2 光抽運(yùn)銫束頻標(biāo)8.4 .3 激光冷卻銫原子頻標(biāo)8.5 氫脈澤8.5 .1 氫脈澤的結(jié)構(gòu)8.5 .2 振蕩條件8.5 .3 主動型氫脈澤8.5 .4 被動型氫脈澤8.5 .5 氫脈澤的時頻測量特性8.5 .6 制冷型氫脈澤8.6 銣頻標(biāo)8.6 .1 基本結(jié)構(gòu)8.6 .2 工作原理8.6 .3 時頻特性8.6 .4 展望8.7 汞離子頻標(biāo)8.7 .1 射頻陷阱囚禁原理8.7 .2 囚禁離子的特性8.7 .3 汞離子頻標(biāo)描述8.7 .4 汞離子頻標(biāo)時頻特性8.7 .5 展望8.7 .6 鐿離子頻標(biāo)8.8 其他原子頻標(biāo)8.9 總結(jié)第9章 時間和頻率的應(yīng)用9.1 基礎(chǔ)研究9.1 .1 計量學(xué)9.1 .2 物理學(xué)常數(shù)的測定9.1 .3 在原子物理學(xué)中的應(yīng)用9.1 .4 在時一空結(jié)構(gòu)和引力場研究中的應(yīng)用9.1 .5 在海洋環(huán)境研究中的應(yīng)用9.2 導(dǎo)航定位9.2 .1 地面無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)9.2 .2 衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)9.3 在航天和兵器試驗中的應(yīng)用9.4 在通信中的應(yīng)用9.5 在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用附錄1 世界上主要時間實驗室附錄2 與時間有關(guān)的國際科學(xué)組織主要參考書目索引

章節(jié)摘錄

　　7.2 時間和頻率的穩(wěn)定度　　7.2.1 定義　　各種外界干擾，例如電子線路的熱噪聲、諧振器內(nèi)的固有噪聲、器件的老化、環(huán)境條件的變化等，都會使振蕩器的輸出頻率相對于標(biāo)稱值發(fā)生波動.這種波動代表了輸出頻率的不穩(wěn)定性，從而使以該振蕩器輸出頻率定義的時間尺度隨之產(chǎn)生不穩(wěn)定性.在時頻測量中，習(xí)慣上把這個不穩(wěn)定性稱為穩(wěn)定度。　　人們常常把頻率和時間的穩(wěn)定度的成因分為偶然因素和系統(tǒng)因素兩部分.前者歸因于隨機(jī)變化的影響，后者來源于外部參數(shù)（例如老化，溫度等）的作用.對于一個頻率標(biāo)準(zhǔn)來說，盡管一開始我們并不完全了解這些外部參數(shù)的作用形式，但經(jīng)過一定時間運(yùn)行測量，我們總可以作出適當(dāng)?shù)男拚?因此在本教材中，將主要討論偶然因素對穩(wěn)定度的影響?！　》€(wěn)定度的這些特點，無論是在時域測量中，還是在頻域測量中都會顯示出來.在時域測量中，人們研究的是平均測量樣本，因而存在由測量條件所確定的最低取樣時間.在頻域測量中，人們利用的是反映頻率變化和時間偏離的傅里葉變換特性.同其他任何謹(jǐn)慎測量一樣，頻域測量中一般都存在微小的傅里葉頻率的模糊性?！　?960年起，時頻測量學(xué)家對于頻率和時間的穩(wěn)定度進(jìn)行了大量的理論和實驗研究，取得了卓有成效的成果.這些成果不僅為測量實踐所應(yīng)用，而且也得到有關(guān)國際專業(yè)機(jī)構(gòu)的認(rèn)可。

編輯推薦

　　作為一門學(xué)科，時間科學(xué)涵蓋兩個范疇：科學(xué)時間和哲學(xué)時間。前者涉及作為基本物理量的時間的定義和測量，以及自然科學(xué)其他學(xué)科發(fā)展揭示的時間的特性；后者則屬于哲學(xué)和人文社會科學(xué)。《時間科學(xué)基礎(chǔ)》述及的只是前者的前一部分內(nèi)容?！稌r間科學(xué)基礎(chǔ)》可作為時頻測量、航天、通信、導(dǎo)航、測地和天文學(xué)等領(lǐng)域相關(guān)專業(yè)的研究生的教材，也可供這些領(lǐng)域的工作人員和大學(xué)生參考。

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