秒

秒，符号为 s，是国际单位制（SI）中的时间基本单位。其定义将铯-133原子某一特定跃迁的频率固定为精确的 9,192,631,770 赫兹。这一原子基准提供了可复现的标准，不受地球自转不规则变化的影响，是现代科学计时和民用计时的基础。(bipm.org)

定义

用于定义秒的物理量是不受扰动的铯-133原子基态超精细跃迁频率，记作 $\Delta\nu_{\mathrm{Cs}}$。其数值由以下精确关系固定：

其中，赫兹等于秒的倒数。等价地说，一秒是与该跃迁对应的电磁辐射经历 9,192,631,770 个周期的时长。这里的基准是原子跃迁频率，而不是整个原子的机械转动或振动。(bipm.org)

“不受扰动”这一限定将理想的定义频率与实验条件下观测到的频率区分开来。实验室必须考虑会使所测共振频率发生偏移的各种效应，不能把任意一台铯钟的读数都视为定义的精确实现。精确的定义与具有有限测量不确定度的实际实现之间的区别，是计量学中的基本概念。现代铯原子喷泉频率标准实现这一定义时，相对不确定度可接近 $10^{-16}$。(nist.gov)

历史发展

在采用原子定义之前，秒与天文学计时相联系。传统上，秒被定义为平太阳日的 $1/86\,400$。观测表明，地球自转的不规则变化，使这一基准无法满足日益精密的测量需求。作为替代的历书秒，采用了与1900年相关的回归年的某个规定比例。国际计量主管机构于1956年批准了这一定义，国际计量大会（CGPM）于1960年正式采纳。(nvlpubs.nist.gov)

实验将新的原子基准与这一天文学标准联系起来。1955年至1958年，英国国家物理实验室与美国海军天文台开展比对，测得铯原子的频率为每历书秒 9,192,631,770 个周期，估计不确定度为每秒 ±20 个周期。这次测量提供了后来在原子定义中被固定为精确值的数值，从而保持了新旧单位之间的连续性。(nvlpubs.nist.gov)

国际计量大会于1967年采纳了以铯原子为基础的定义。2018年，大会批准了修订后的表述，以固定铯原子频率数值的方式表达这一定义。此次修订保留了原有的原子基准，并未改变这一单位的时长。(bipm.org)

实际实现

原子钟利用原子共振建立频率基准。在铯原子喷泉中，激光束使原子减速并冷却，随后将其向上发射，使其穿过微波腔。在引力作用下，原子下落，再次穿过微波腔。原子与微波的相互作用改变了两个钟跃迁能态上的原子数分布；通过光学探测，可以确定原子响应的强弱。反复测量后，就能将微波频率逐步调整至原子共振频率。(nist.gov)

与采用高速原子束的传统原子钟相比，喷泉结构允许更长的观测时间。延长探测时间，并控制原子运动和各种频率偏差，可以提高基准的精密度。这些装置不只是显示民用时间，还用于校准其他时钟，并以国际单位制秒为基准测量各时间尺度的走时速率。(nist.gov)

符号与相关单位

符号 s 使用正体书写，不加复数词尾，与数值之间留一个空格，例如 15 s。十进制词头可构成更小的单位，包括毫秒（$10^{-3}$ s）、微秒（$10^{-6}$ s）和纳秒（$10^{-9}$ s）。一分等于 60 s，一小时等于 3,600 s，作为时长单位的一天等于 86,400 s。(bipm.org)

秒也参与构成导出单位：频率以秒的倒数计量，速度以米每秒计量，加速度以米每二次方秒计量。秒还参与其他基本单位的定义。米的定义依赖于固定的光速以及秒的定义；千克的定义则依赖于固定的普朗克常数以及米和秒的定义。(bipm.org)

原子时与民用时间尺度

时长单位与用于标定日期和时钟读数的时间尺度并不是同一概念。国际计量局计算并发布国际原子时（TAI）。这是一种连续的时间尺度，以国际单位制秒的实际实现以及世界各地计时实验室提供的数据为基础。(bipm.org)

协调世界时（UTC）由国际原子时通过加入闰秒得到，以便与根据地球自转确定的时间保持大致一致。协调世界时与国际原子时的走时速率相同，但两者相差整数秒。闰秒调整的是民用时间的编号方式，并不重新定义或延长国际单位制秒。(bipm.org)

未来的光学定义

光钟的性能已超越最好的铯原子喷泉实现，其中一些光钟的系统不确定度显著更小。拟议中的定义将固定某一个光学原子跃迁频率，或固定多个跃迁频率的加权几何平均值。采用新定义的准备就绪标准包括可靠的国际比对、对时间尺度的贡献，以及与铯原子定义单位的连续性。(bipm.org)

截至2026年10月，秒仍采用铯原子定义。国际计量局2026年9月的说明介绍了一份决议草案，要求继续开展工作，为2030年国际计量大会准备提案，并就实施时间提出建议。这是一项拟议中的未来变更，并非已经采纳的光学定义。(bipm.org)