在人們?nèi)粘８兄臅r間刻度里，“秒”是最熟悉的時間單位。 它可以是一次不經(jīng)意的眨眼，是手機(jī)按下快門的瞬間，或是與親人擁抱的溫暖，而在王育竹的科研世界里，這一秒被放大到了接近永恒。

腕上的手表、墻上的掛鐘，精度高的大約每年會有1分鐘誤差，不會對生活產(chǎn)生影響，但在要求很高的生產(chǎn)、科研中，需要更準(zhǔn)確的計時工具。目前，世界上最準(zhǔn)確的計時工具就是原子鐘，原子鐘的計量單位是原子時秒，銫-133原子基態(tài)超精細(xì)能級之間的躍遷輻射的91.9億（9192631770）個周期，才被定義為“1秒”。

王育竹是中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械所研究員，中國科學(xué)院院士，他長期從事原子鐘與冷原子物理研究，是我國該領(lǐng)域的開拓者之一。2016年9月15日，由王育竹帶隊(duì)研制的空間冷原子鐘隨“天宮二號”升入太空，這是世界首臺在軌運(yùn)行的冷原子鐘，精度達(dá)三千萬年誤差1秒。

王育竹在中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械所工作。本文未標(biāo)注圖片均由中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所提供

王育竹于1932年生于河北，他將畢生的精力獻(xiàn)給了祖國科技事業(yè)。作為中國原子鐘的開拓者之一，他負(fù)責(zé)研制成功我國第一臺銣原子鐘，并已用于多項(xiàng)重要國防任務(wù)，其中安裝在“遠(yuǎn)望號”綜合測量船上的銣原子鐘，保證了歷次衛(wèi)星的發(fā)射成功。5月23日，93歲的王育竹在北京榮獲全國敬業(yè)奉獻(xiàn)模范稱號。

6月初，澎湃新聞（www.thepaper.cn）專訪了這位將一生寫進(jìn)原子鐘的科學(xué)家，以及他的兩位學(xué)生——青年科學(xué)家魏榮和李唐。

抉擇：從零拓荒的“守鐘人”

王育竹科研生涯的起點(diǎn)，鐫刻著“國防技術(shù)需要”這六個沉甸甸的大字。

在蘇聯(lián)科學(xué)院電子學(xué)與無線電技術(shù)研究所留學(xué)期間，他學(xué)習(xí)的專業(yè)是原子頻率標(biāo)準(zhǔn)，博士課題聚焦于原子鐘。學(xué)成歸國后，他先在中國科學(xué)院電子學(xué)研究所組建了原子頻標(biāo)研究組，后率組遷至中國科學(xué)院光學(xué)精密機(jī)械研究所上海分所（后改名為上海光學(xué)精密機(jī)械研究所）。

彼時，國內(nèi)原子鐘研究領(lǐng)域近乎一片空白。“畢業(yè)回國后，由于國防技術(shù)需要，我從零開始建立了原子頻標(biāo)研究組，繼續(xù)從事原子鐘的研究。當(dāng)時我們建組一開始就確立了明確的指導(dǎo)思想：做好原子鐘物理基礎(chǔ)研究，研制實(shí)用原子鐘為國防建設(shè)服務(wù)。”談及當(dāng)時的抉擇，王育竹這樣告訴記者。

學(xué)生時期的王育竹。

早期研究設(shè)備匱乏，信息閉塞。王育竹帶領(lǐng)課題組開始了艱苦攻關(guān)，成功研制出銣原子鐘樣機(jī)，這時中國科學(xué)院提出“開門辦所”方針，所以“革委會”決定讓王育竹小組尋找廠家合作。但是王育竹和同事們找遍無線電廠，都沒有回音。

最終，他們找到一個生產(chǎn)漆包線的街道小廠——上海國榮燈具廠。這是一個設(shè)備極其簡陋的小廠，然而就是這里，成了中國首臺銣原子鐘的“搖籃”。王育竹和同事們就在工廠充滿瀝青味的小閣樓里，親手重新搭建起實(shí)驗(yàn)平臺，開始了研制工作。他提出了軸向通光的微波諧振腔、小型微波耦合頭和大泡充氣技術(shù)三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，最終，硬生生“磨”出了中國第一臺銣原子鐘。

從1970年到1978年，王育竹團(tuán)隊(duì)一共研制了三代銣原子鐘，性能一代更比一代強(qiáng)。1977年，在上海市計量所召開的全國原子鐘比對會議上，經(jīng)嚴(yán)格測試，會議公報宣布：中國研制的銣原子鐘性能已達(dá)到西德銣原子鐘的水平。這不僅是一項(xiàng)技術(shù)突破，更是在嚴(yán)密封鎖下打通的“時間命脈”。

王育竹說，原子鐘的精度驗(yàn)證過程同樣充滿艱辛。為了發(fā)展航天科學(xué)，各地建立了觀測站，天文臺和觀測站間的時間同步非常重要，1974年，王育竹團(tuán)隊(duì)與航天科技人員合作，進(jìn)行了一項(xiàng)極其耗費(fèi)體力和心力的工作——搬運(yùn)銣原子鐘進(jìn)行異地時間同步測試。“當(dāng)時每次試驗(yàn)，我們都是清晨四五點(diǎn)鐘出發(fā)，到天文臺校準(zhǔn)原子鐘的鐘面時間，然后再把原子鐘運(yùn)到飛機(jī)場裝機(jī)。除了要搬運(yùn)原子鐘，還要搬運(yùn)十分沉重的電池組，體能消耗巨大。飛行旅途中，還要小心守護(hù)著原子鐘，防止原子鐘‘跳秒’。傍晚飛回上海，再到天文臺比對鐘面時間。試驗(yàn)不僅費(fèi)力而且勞心，在這個過程中我深切地認(rèn)識到了，提高原子鐘性能的迫切性和重要性。”王育竹說。

一次次顛簸飛行中的測試“對鐘”與反復(fù)試驗(yàn)，淬煉了王育竹提升原子鐘性能的決心。

突圍：時間精度背后的國際較量

1980年5月，中國向全世界發(fā)出公告，要向指定海域發(fā)射首枚運(yùn)載火箭。

當(dāng)年5月1日，“遠(yuǎn)望1號”和“遠(yuǎn)望2號”和海軍、國家海洋局的16艘艦船、4架直升機(jī)組成海上測量船編隊(duì)，奔赴南太平洋預(yù)定海域。“‘遠(yuǎn)望1號’和‘遠(yuǎn)望2號’測量船要出海執(zhí)行任務(wù)時，我們懷著緊張的心情期盼原子鐘能正常運(yùn)行，如果原子鐘出問題，測量船就會迷失航向，我們一直在焦急地等待消息，一直等到《人民日報》發(fā)布‘發(fā)射成功’的喜訊，我們才放下心來。十幾年后，我們還從測量船獲悉，銣原子鐘一直正常運(yùn)行，這是我一生引以為榮的大事！”回憶起銣原子鐘隨“遠(yuǎn)望1號”和“遠(yuǎn)望2號”執(zhí)行國家重要國防行動，王育竹記憶猶新。

《人民日報》當(dāng)時發(fā)布的號外和“遠(yuǎn)望”號測量船給上海光學(xué)精密機(jī)械所的感謝信。

完成“遠(yuǎn)望號”任務(wù)后，王育竹重返研究所。他如饑似渴地閱讀文獻(xiàn)、查找資料，敏銳地捕捉到國際學(xué)界的新動向，發(fā)現(xiàn)了漢斯和肖洛1975年提出的激光冷卻氣體原子的論文。“我立刻意識到了它的革命性意義，過去原子鐘用熱原子，原子熱運(yùn)動導(dǎo)致譜線很寬。冷原子幾乎不動，譜線極窄，精度將實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍。這不僅對原子鐘至關(guān)重要，對原子物理乃至驗(yàn)證基本物理規(guī)律都有重大價值。”于是，王育竹又一頭扎進(jìn)了冷原子物理的研究。

他在冷原子領(lǐng)域的探索，從一開始就站在了科學(xué)創(chuàng)新的前沿，卻經(jīng)歷了漫長而曲折的國際承認(rèn)之路。

1979年8月，美國斯坦福大學(xué)諾貝爾物理獎獲得者肖洛教授來華講學(xué)，訪問了王育竹團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)室，他是“激光冷卻氣體原子”的提出者之一。王育竹向他講述了利用光頻移效應(yīng)激光冷卻氣體原子的物理機(jī)制，在肖洛教授熱情鼓勵下，王育竹撰寫了《利用交流施達(dá)克效應(yīng)激光冷卻氣體原子》一文，并將文稿寄給他。肖洛回信說：“學(xué)術(shù)思想是新的、合理的，表達(dá)是直接的和清晰的，我建議發(fā)表”。于是王育竹先后在國產(chǎn)期刊《科學(xué)通報》和《中國激光》上闡述了相關(guān)物理思想。

諾貝爾獲獎?wù)呒s翰·霍爾（John L. Hall）參觀王育竹團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)室。

可是在1980年中國首屆國際激光會議上，王育竹報告了“利用光頻移效應(yīng)”激光冷卻氣體原子的物理原理，遭到了強(qiáng)勢打壓。“冷靜下來后，我反復(fù)問自己到底對不對，我是不是應(yīng)該放棄？經(jīng)過深思熟慮后，我認(rèn)為西方權(quán)威雖很霸氣，但也會有錯誤，所以我肯定了自己學(xué)術(shù)思想的正確性，并堅定不移地走了下去。”事實(shí)證明，王育竹是正確的，他提出的冷卻機(jī)制與諾貝爾獎獲得者朱棣文、科亨·唐努日1989年提出的機(jī)制是一致的。

王育竹在激光冷卻研究之初的1978年就提出了一種積分球漫反射的冷卻機(jī)制，但受當(dāng)時條件限制，一直沒有深入研究，當(dāng)實(shí)驗(yàn)室條件改善后，他終于將這個一直縈繞在心頭的想法付諸實(shí)踐，2008年，團(tuán)隊(duì)利用半導(dǎo)體激光器實(shí)現(xiàn)了從銣背景氣體得到氣體溫度25μK，用實(shí)驗(yàn)證明了自己的想法，在國內(nèi)冷原的物理科學(xué)研究和小型星載原子鐘的研制起到關(guān)鍵作用。

2017年，法國巴黎兩位科學(xué)家發(fā)表文章，仔細(xì)分析和對比了西方通用的激光冷卻技術(shù)路線和中國的積分球冷卻路線，他們認(rèn)為世界上僅有兩條激光冷卻氣體原子的物理技術(shù)路線，它們具有同等重要意義，但中國的物理路線需要的實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡單、緊湊、體積小、重量輕，不需要磁場，比西方的更優(yōu)越。

“西方發(fā)達(dá)國家長時期看不起我們，打壓我們近四五十年，現(xiàn)在終于承認(rèn)了中國的激光冷卻氣體路線的正確性和優(yōu)越性。”談起在國際上的突圍，王育竹感觸頗深。

2002年，王育竹團(tuán)隊(duì)還實(shí)現(xiàn)了玻色-愛因斯坦凝聚（BEC）的突破，成功觀測到銣原子BEC，成為中國首個實(shí)現(xiàn)該量子物態(tài)的研究組，使中國成為全球第11個、亞洲第2個掌握該技術(shù)的國家。這一成果不僅驗(yàn)證了愛因斯坦的理論預(yù)言，更構(gòu)建了國內(nèi)首個超冷原子實(shí)驗(yàn)平臺，為后續(xù)相關(guān)研究提供了基礎(chǔ)條件。

2008年，王育竹團(tuán)隊(duì)研制出國內(nèi)首塊原子芯片，推動原子芯片技術(shù)國產(chǎn)化，實(shí)現(xiàn)芯片上的BEC凝聚體，將復(fù)雜的冷原子裝置小型化、集成化。該技術(shù)突破解決了傳統(tǒng)裝置龐大昂貴的問題，為量子信息存儲、便攜式精密測量設(shè)備開發(fā)奠定基礎(chǔ)。

王育竹用近四十年的堅守與實(shí)踐，完成了一場震撼人心的科技突圍。“國家培養(yǎng)了我們，我們有責(zé)任把科研任務(wù)做好、做成，將個人發(fā)展與國家發(fā)展緊密結(jié)合，在努力做到學(xué)術(shù)突破的同時，更要將研究成果應(yīng)用于國家發(fā)展和建設(shè)中，時刻牢記科技興國，努力推動科技進(jìn)步和民族振興。”王育竹這樣說。

傳承：托起八九點(diǎn)鐘的太陽

青年人朝氣蓬勃，好像是早晨八、九點(diǎn)鐘的太陽。93歲的王育竹，一生為中國青年科學(xué)家托舉朝陽。

上世紀(jì)80年代，王育竹創(chuàng)立了中國第一個量子光學(xué)開放實(shí)驗(yàn)室，從一個研究小組逐步發(fā)展成為擁有玻色-愛因斯坦凝聚、冷分子、各類新型高精度星載原子鐘、噴泉原子鐘、空間冷原子鐘、汞原子光鐘、關(guān)聯(lián)成像等領(lǐng)域的綜合性實(shí)驗(yàn)室，培養(yǎng)了一大批青年科技工作者，成長為我國冷原子物理和原子鐘研究的骨干力量。通過承擔(dān)國家重大研究任務(wù)，實(shí)驗(yàn)室打造出一支在冷原子領(lǐng)域特別能攻堅的隊(duì)伍，推動我國在空間冷原子和空間原子鐘領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)國際領(lǐng)先。

空間冷原子鐘團(tuán)隊(duì)合影。

上世紀(jì)90年代，王育竹在法國巴黎高等師范學(xué)院訪問，得知他們在考慮開展空間原子鐘研究，于是王育竹又一次帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開始技術(shù)攻堅，開始研究原子鐘和噴泉鐘，為空間原子鐘做技術(shù)準(zhǔn)備，與國際賽跑，而魏榮和李唐就是在這個時間點(diǎn)成為王育竹的研究生。

魏榮說，自己1998年考入中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所，當(dāng)時王育竹就已經(jīng)在做銣原子鐘噴泉實(shí)驗(yàn)了。他對王育竹做的噴泉實(shí)驗(yàn)非常感興趣，但他最初沒有被分配到王育竹的課題組，恰好當(dāng)時王育竹團(tuán)隊(duì)的一位同學(xué)對噴泉實(shí)驗(yàn)不感興趣，他們就抱著試一試的心態(tài)想調(diào)換導(dǎo)師，后來王育竹聽說了這件事情，就邀請魏榮參觀實(shí)驗(yàn)室，多方溝通后魏榮成了王育竹的研究生。“當(dāng)時我們開始做噴泉實(shí)驗(yàn)，啥技術(shù)都沒有，直到2005年，把噴泉實(shí)驗(yàn)做出來了，還把這方面的研究和技術(shù)都給發(fā)展起來了。”魏榮與原子鐘噴泉鐘的緣分就是這個時候結(jié)下的，直到現(xiàn)在，魏榮還在繼承和延續(xù)王育竹開創(chuàng)的事業(yè)，從事冷原子微波鐘相關(guān)的激光冷卻、時頻計量、精密測量物理等領(lǐng)域的研究。

李唐參與了2006年至2016年空間原子鐘在載人航天應(yīng)用的十年攻堅。“我們當(dāng)時的研究真的很困難，西方一直對我們技術(shù)封鎖，我當(dāng)時做空間冷原子鐘的微波諧振腔，怎么去構(gòu)建原子和微波作用的區(qū)域非常關(guān)鍵。我翻到了一篇法國關(guān)于空間冷原子鐘的博士論文，結(jié)果論文里任何關(guān)鍵技術(shù)都沒有描述，說白了就只是一個概念，但里面微波場怎么分配、傳播、構(gòu)建等等，這些完全不知道，于是我和王先生開始自己想辦法，一點(diǎn)點(diǎn)做設(shè)計，做仿真，做測試，最終做出來了。”李唐說。

2016年9月25日，空間冷原子鐘搭載天宮二號空間實(shí)驗(yàn)。

魏榮說，王育竹對自己的影響非常深。“我們從入所時，就整天受王先生耳提面命，王先生教導(dǎo)我們，一定要做對國家有用的事情，所以我們現(xiàn)在做很多事情，都是按照王先生這種思想來去踐行的。他說，我們要做有中國思想的科學(xué)，不能老跟著別人做，我們要有中國自己的方案，王先生對國家的熱愛真的刻到了骨子里。”李唐形容，王育竹就像一棵大樹，目前所有量子光學(xué)方向的研究基本都是圍繞著王育竹的研究在接力深耕。

這棵根植于家國沃土的大樹，所開創(chuàng)的事業(yè)與精神，正如那永不停歇的原子鐘脈搏，在代代相傳中，精準(zhǔn)丈量著中國科技奔向未來的堅定步伐。