锶原子钟_百度百科
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美国科学家制造出了世界最精确的时钟，每3亿年只差1秒。此新款原子钟比目前用于校对国际时区和卫星系统时间的原子钟还要精确二倍以上。像其前任一样，位于科罗拉多州大学的这台锶原子钟利用锶原子振动极度一致的自然属性，让振动原子来跟踪时间的流逝。在零下273度的低温下，让激光束夹持这些锶原子，其原子的“钟摆效应”将更为一致。 在这种低温下，所有的物质都将停止共振。
锶原子钟概述
的核物理学家简·胡姆森教授说：“原子由原子核和电子组成，电子围绕原子核在精确的轨道上旋转。”胡姆森教授和美国科罗拉多州大学的科学家一同从事此原子钟的研发工作。他说：“通过聚集的激光束让电子在其精确的轨道之间来回摆动，就能形成此原子钟的钟摆。”
即使只将时间的准确度增加几分之一秒，这将在测定长距离方面大有用途，比如测量中遥远星系的距离。如今，此科学家小组还想进一步提高此原子钟的精确度。
科罗拉多州大学里的锶原子钟
锶原子钟历史沿革
在时间的长河里，1秒只不过时钟里简单的一声“滴答”。但对物理学家来说，对这一“滴答”声的定义和测量却走过了漫长路程：1960年以前，世界度量衡标准会议以地球自转为基础，定义平均太阳日之1/86400为秒的定义，即1秒是1/60分钟，1分钟是1/60小时，而1小时则是1/24天，因此，1秒等于1天的1/86400。但是，因为地球的运转速度及与太阳的距离在改变，所以，—个正午至第二个正午的时间，并非都一样长。
1960年至1967年间，世界度量衡标准会议改以地球公转为基础，定义1900年为平均，秒的定义更改为“太阳年之7分之一”。
在1967年召开的第13届国际计量学大会上，秒的定义进入原子时代：1秒钟被定义为铯原子电子次的固有微小振荡频率，这个标准一直沿用至今。根据量子原理，同一原子的电子在不同能量态之间跃迁时所释放的电磁波是恒定的，所以可以用这种频率作为时间间隔的精确依据。
时间测量的精度也在不断提高。1350年，第一座机械闹钟出现在德国。1583年，发现的摆动周期与振幅无关，这是时钟历史上的一大进步。1656年，荷兰天文学家、数学家提出了单摆原理并制作了第一座自摆钟，从此，时钟误差可以秒来计算。到1762年，最好的机械表已经能够达到每3天才差1秒钟的精度，但在航空、航海和物理学研究领域还需要更精确的计时。
1945年，美国纽约物理学家拉比提出用原子束磁共振技术来做原子钟的概念。1948年，NIST用氨分子作为磁振源，制成了世界上第一台。1952年，NIST制成第一台铯原子钟，将之命名为NBS-1(是以当时的美国国家标准局〈National Bureau of Standards〉命名，简称NBS)，这一命名规则一直延续到1975年的NBS-6。现在存放于NIST的铯原子钟为NIST-F1，精度为3000万年差一秒。
还有没有比这更精确的时钟呢？物理学家们上下求索。锶原子能级跃迁的速度比铯原子快1000倍，从理论上讲，锶原子钟比铯原子钟更准确，但是，锶原子钟制作落后于铯原子钟，因为测量频率如此之快的“滴答”声非常困难。
采用同样的原理，日本科学家曾在2005年创建出一台锶原子钟，但是这台钟对频率的测量误差为27赫兹。叶军的研究小组建造了更稳定的激光晶格，能够让光晶格更牢固，从而阻止锶原子因移动而干扰信号，他们的最新成果发表在2007年3月出版的《物理评论快报》(Physical Review Letters)上，其频率的不确定性被减小到0.4赫兹, 测量误差减小到1.1赫兹。
以前，卡尔·蔡司研究奖都颁发给具有很强应用前景的研究项目，如对眼睛的光力学治疗技术或蓝光的发明，但2007年度的获奖成果却是纯粹的基础研究。
锶原子钟应用
这在远距离的摇控导航中尤其重要。计时越准确，目标的定位就越精确。比如，锶原子钟可用于做更好的(GPS)，对30多年前发射的进行导航。
锶原子钟前景
精确计时还可用于对宇宙常数进行重新测量。2006年，在评价叶军的超精确测量实验工作时曾指出：“这将有助于科学家们检验自然界中的精细结构常数从宇宙形成初期到现在130多亿年的时间是否在变。”“因为精细结构常在很多物理领域得到应用，所以对它的测量是检验已有物理理论是否一致的一种方法。
理论认为，宇宙开始是一个无限小的奇点，突然爆炸后产生今天的世界，变化那么大，当时的常数有可能与现在的常数不一样。但高能物理又想将爱因斯坦的相对论引力场与量子力学结合起来，产生标准模型，大家去作不同的修正，在修正过程中会用不同的理论和常数。其中一个就是用基本常数来测量，如果真正测量出这些微小变化的量，那么会影响到我们对整个宇宙的理论。有哪些方法可以证明铯原子钟是一只优秀的钟【相对论吧】_百度贴吧
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有哪些方法可以证明铯原子钟是一只优秀的钟收藏
与理论吻合好，又足够精细吧
我们假设稳态时空的时间流逝是均匀的 也就是所谓的时间平移是对称的
一直用的都是她，很值得信赖的一只钟
很均匀吧！
两只一样的钟放在同一个地方看它们有没有相互偏差。秒是根据铯原子钟定义的。上一秒和下一秒相同是基本假设，无法证明
这个问题也是我关心的，贴一些资料：……………………在现行国际单位制下，在1967年召开的第13届国际度量衡大会对秒的定义是：铯133原子基态的两个超精细能阶间跃迁对应辐射的9,192,631,770个周期的持续时间。[1]这个定义提到的铯原子必须在绝对零度时是静止的，而且在地面上的环境是零磁场。[2]在这样的情况下被定义的秒，与天文学上的历书时所定义的秒是等效的。
历史的起源本来，时被分割为60分，分又被分割为60秒。在有些语系中，像是波兰语（tercja）和阿拉伯语（ثالثة），秒也以60进位制被再细分，但在现代，都是以十进制法来细分小数点以下的时间。六十进位制来自巴比伦，她们以六十这个因素做为计算数量的单位。但是巴比伦人并没有将时分割为60分，而是古埃及将一日分为12时的白天和12时的夜晚，她们也这样子来区分四季。古希腊天文学家，包括希巴谷和托勒密，定义太阳日的24分之一为时。 以六十进制细分时，使得秒是一太阳日的86,400分之一。此处虽然如此表示，但很难相信古希腊人需要定义秒。[来源请求]古希腊的时间周期，像是平朔望月定义得非常精确，因为他们不是观察单一的朔望月，而是以相距数百年的食来测量朔望月的平均长度（日数）。不过，发展出摆钟来保持平时（相对于日晷所显示的视时），使得秒成为可测量的时间单位。秒摆的摆长在1660年被伦敦皇家学会提出作为长度的单位，在地球表面，摆长约一米的单摆，一次摆动或是半周期（没有反复的一次摆动）的时间大约是一秒。
在1956年，秒被以特定历元下的地球公转周期来定义，因为当时天文学家知道地球在自转轴上的自转不够稳定，不足以作为时间的标准。纽康的太阳表以1900年的暦元描述太阳的运动，所依据的是1750年至1892年的观测。在1956年，秒的定义如下：自历书时日12时起算的回归年的31,556,925.9747分之一为一秒在1960年，这个定义由第十一次的国际度量衡会议通过。虽然这个定义中的回归年的长度不能进行实测，但可以经由线性关系的平回归年的算式推导，因此，有一个具体的瞬时回归年长度可以参考。因为秒是用于大半个20世纪太阳和月球的星历表中的独立时间变量（纽康的太阳表从1900年使用至1983年，布朗的月球表从1920年使用至1983年），因此这个秒被称为历书秒。
随着原子钟的发展，秒的定义决定改采用原子时做为新的定义基准，而不再采用地球公转太阳定义的历书秒。经过多年的努力，英国国家实验室的路易斯·埃森和美国海军天文台的威廉·马克维兹测量出铯原子的超精细跃迁周期和暦书秒的关系。使用过去普通的测量方法，接收来自无线电台、WWV的讯号，使用一个原子钟来测量时间，他们确定了月球相对于地球的轨道运动，也推断出太阳表面可能有相对于地球的运动。结果，在1967年的第13届国际度量衡会议上决定以原子时定义的秒作为时间的国际标准单位：铯133原子基态的两个超精细能阶间跃迁对应辐射的9,192,631,770个周期的持续时间。
在70年代体认到重力时间膨胀会导致在不同高度的原子钟有不同的秒，因此每个原子钟都必须改正为在平均海平面的高度，以取得一致的秒（大地水平面的自转约改变×10−10的秒长，在1977年开始修正并且在1980年已经制度化了。）。用相对论的术语来说，秒被定义成在转动的大地水平面上原时。在1977年，在BIPM的会议中又重新定义，加进了新的陈述：铯原子在0k下是静止不动的。（This definition refers to a caesium atom at rest at a temperature of 0 K. ）修正过的定义似乎暗示理想的原子钟将只有静止的一个铯原子发射出单一的频率。在实务上，无论如何，这个定义意味者在那些原子钟之内的运作和外推的数值，秒的高精密度应该如上所述的考量到周围温度的补偿（黑体辐射）。
本页按时间长短从小到大列出一些例子，以帮助理解不同时间长度的概念，比较时间单位的数量级区别。飞秒（fs）：10-15秒皮秒（ps）：10-12秒奈秒（ns）：10-9秒微秒（µs）：10-6秒毫秒（ms）：10-3秒2.4毫秒 -- Uub元素的半衰期。3毫秒 -- 家蝇拍一下翅膀的时间。5毫秒 -- 蜜蜂 拍一下翅膀的时间。1013秒：相当于32万年34万年 - 元素锔-248的半衰期约60万年 - 人类语言发音成型约70万年 - 地球磁场对上一次顺逆转100万年 - 蓝超巨星的生命周期150万年 - 地球的第三纪终结，第四纪开始的纪元距今时间153万年 - 元素锆-93的半衰期260万年 - 元素锝-97的半衰期1014秒：相当于320万年1015秒（Ps）：相当于3200万年1016秒：相当于3.2亿年1017秒：相当于32亿年1018秒（Es）：相当于320亿年1019秒以上：相当于3,200亿年以上的时间
3.3万亿年 - 印度教梵天的寿命7700万亿年 - 元素镉-113的半衰期14京年 - 元素钒-50的半衰期&18京年 - 元素铬-50的半衰期&60京年 - 元素钙-48的半衰期190 ±20京年 - 元素铋发生阿尔法衰变的半衰期
飞秒飞秒（femtosecond）是一种时间的国际单位，为千万亿分之一秒，10-15秒或0.001皮秒（1皮秒是10-12秒）。在一飞秒中光可以在真空内传播0.3微米，可见光的振荡周期为1.30到2.57飞秒。
lz的问题按小弟我的理解是”时间的定义合理不合理？”之类的问题。。。时间定义后的才有的理论都解决不了lz的问题咯？印象中费曼第一卷前几章好像讲过定义时间之类的。。如果是在讨论高端的东西就当我没说。。。
什么是好钟？ 我是这样理解，例如一组N只机械表，一组N只电子表，一组N只原子钟（例如铯种）。那种计时装置最准呢？假定三种钟，每种N只同样的计时装置对好钟后，都工作同样的一段时间，哪组N个装置的各个计时差别最小，那种计时装置就是最好的计时设备。例如N只同样的钟，从开始计时到结束：T0=(T1+T2+T3+...+TN)/N。若T0与T1、T2...TN中差别最大的的种是Tn，那Tn-T0最小的那组钟就是最好的钟！
其实我想问的凭什么说秒的定义中的铯原子的辐射某一个周期和另一个周期是等时的？
我也不知道标委会为什么选用铯的这两个能级，希望达人能科普一下。猜测有几个可能原因：一是频率；二是平均衰变期；三是能时测不准关系限制。但从历史看，后期仍存在定义修正可能，例如选用频率更高的钟，或修正计数跃迁次数（上面资料已经说明是为与天文历书年一致，天文历是回归年测推的）。
为什么没有人想到用光速不变来衡量钟的稳定性呢？如果第A个1秒和第B个1秒，光走过相同的路程，那么就说明第A秒和第B秒是等时的。可有人有意见？
那是因为频率高啊
lz确实提了一个难以回答，甚至有些哲学味道的问题。lz提到光速不变原理，这是很有趣的想法，但这又涉及参考系、真空的好坏等问题。总而言之，我们只能在现有的概念框架里验证时钟是否准确。我们的世界是否是“楚门的世界”？这是一个无法回答的问题，幸而在大多数时候过于“荒谬”的可能性可以直接排除掉，如我们常见的各类theories of people's scientists。这也是为什么基础理论，及建立于其上的范式的转变总是伴随着巨大的智力挑战。
我正要发一篇这方面的SCi,估计下周投稿吧.好不好看一个东西 稳定性.
因为铯原子秒与历书秒等效。
你的疑问看似主要是前一秒和后一秒是否等时，或者说前一个跃迁周期和后一个跃迁周期是否等时。其时这个问题挺简单的，我们可以生产一个钟，看看一年后这们之间的误差是多少，如果这个统计后的误差足够小，比方一年小于一皮秒，不就可以了？简单的说：如果你不能考察一个钟走一千秒，那就去考察一千个钟走一秒，这个是等效的。
看到了吗？偶是不是有乱说？木有，是不是？？
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原子钟是谁发明的？
原子钟是谁发明的？
我有更好的答案
它是世界上最稳定的铯原子钟，越来越多的先进时钟相继问世，简称NIST）宣告开发了全球第一台将氨分子用做振荡源的原子钟；1952年，该机构宣告开发了第一台将铯原子用做振荡源的原子钟，它一直是NIST时间系统的重要组成部分，即NBS-1。1955年，英国国家物理实验室制造出了第一台可用做振荡源的铯束原子钟，第13届度量衡大会在铯原子振荡技术的基础上制定了SI秒.7 x 10-15，NIST-F1开始投入使用。在其后的十年中。1967年，从此，全球的计时系统不再以天文学技术为基础，其误差为1！NBS-4于1968年完工，到二十世纪九十年代为止。年，哥伦比亚大学物理教授Isidor Rabi建议采用他在二十世纪三十年代开发的原子束磁共振法制造时钟。1949年，国家标准局（NBS，现称美国国家标准技术协会
一种精密的计时器具。日常生活中使用的时间准到1分钟也就够了。但在近代的社会生产、科学研究和国防建设等部门，对时间的要求就高得多。它们要求时间要准到千分之一秒，甚至百万分之一秒。为了适应这些高精度的要求，人们制造出了一系列精密的计时器具，铯钟就是其中的一种。铯钟又叫”铯原子钟’。它利用铯原子内部的电子在两个能级间跳跃时辐射出来的电磁波作为标准，去控制校准电子振荡器，进而控制钟的走动。这种钟的稳定程度很高，目前，最好的铯原子钟达到500万年才相差 1 秒。现在国际上， 普遍采用铯原子钟的跃迁频率作为时间频率的标准，广泛使用在天文、大地测量和国防建设等各个领域中。　　工作原理 　　每一个原子都有自己的特征振动频率。人们最熟悉的振动频率现象就是当食盐被喷洒到火焰上时食盐中的元素钠所发出的桔红色的光。一个原子具有多种振动频率，一些位于无线电波波段，一些位于可见光波段，而另一些则处在两者之间。铯133则被普遍地选用作原子钟。　　将铯原子共振子置于原子钟内，需要测量其中一种的跃迁频率。通常是采用锁定晶体振荡器到铯原子的主要微波谐振来实现。这一信号处于无线电的微波频谱范围内，并恰巧与广播卫星的发射频率相似，因此工程师们对制造这一频谱的仪器十分在行。　　为了制造原子钟，铯原子会被加热至汽化，并通过一个真空管。在这一过程中，首先铯原子气要通过一个用来选择合适的能量状态原子的磁场，然后通过一个强烈的微波场。微波能量的频率在一个很窄的频率范围内震荡，以使得在每一个循环中一些频率点可以达到9,192,631,770Hz。精确的晶体振荡器所产生的微波的频率范围已经接近于这一精确频率。当一个铯原子接收到正确频率的微波能量时，能量状态将会发生相应改变。　　在更远的真空管的尽头，另一个磁场将那些由于微波场在正确的频率上而已经改变能量状态的铯原子分离出来。在真空管尽头的探测器将打击在其上的铯原子呈比例的显示出，并在处在正确频率的微波场处呈现峰值。这一峰值被用来对产生的晶体振荡器作微小的修正，并使得微波场正好处在正确的频率。这一锁定的频率被9,192,631,770除，得到常见的现实世界需要的每秒一个脉冲。　　工作过程 　　铯原子钟又被人们形象的称作“喷泉钟”，因为铯原子钟的工作过程是铯原子象喷泉一样的“升降”。这一运动使得频率的计算更加精确。图1详细的描绘了铯原子钟工作的整个过程。这个过程可以分割为四个阶段：　　第一阶段：　　由铯原子组成的气体，被引入到时钟的真空室中，用6束相互垂直的红外线激光（黄线）照射铯原子气，使之相互靠近而呈球状，同时激光减慢了原子的运动速度并将其冷却到接近绝对零度。　　第二阶段：　　两束垂直的激光轻轻地将这个铯原子气球向上举起，形成“喷泉”式的运动，然后关闭所有的激光器。这个很小的推力将使铯原子气球向上举起约1m高，穿过一个充满微波的微波腔，这时铯原子从微波中吸收了足够能量。　　第三阶段：　　在地心引力的作用下，铯原子气球开始向下落，再次穿过微波腔，并将所吸收的能量全部释放出来。　　第四阶段：　　在微波腔的出口处，另一束激光射向铯原子气，探测器将对辐射出的荧光的强度进行测量。回答 您可能会感兴趣
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Szymaniec解释了铯喷泉钟的工作原理，它用一束激光使若干铯原子紧紧地聚合在一起，铯原子的振动几乎停止，温度仅比绝对零度高一点点。
另外再用激光让这堆原子进入机器的箱子中，原子在重力的作用下坠落，因此被称为“喷泉”。
接下来就将一束微波辐射的频率调到铯原子的共振频率。就像香槟杯和吊桥一样，当频率恰好达到某个频率值时，铯原子被激发，引起最外层的单电子进入更外层的轨道。这种现象叫作一次“跃迁”。
1860年合作发现铯原子的两人之一罗伯特?本生
单电子在进入外层轨道时吸收能量，当它回到原轨道时会以光的形式释放所吸收的能量，同时发出轻微的荧光。这意味着你可以判断出何时达到了赫兹的频率。正是因为这个跃迁频率比石英的共振频率高出很多，铯原子钟的精度大大超过石英钟。
Szymaniec自豪地告诉我，英国国家物理实验室的铯喷泉钟精度达到了每1.58亿年偏差一秒。这就是说，假如这座钟从恐龙奔跑翼龙飞行的侏罗纪中期开始计时，到现在它仅仅偏差了一秒。
令人震惊的是，根据现代科技的发展程度，造出比铯喷泉钟更加精确的钟并不是梦想。
这是因为对于计时技术，铯原子实际上只是一个经过妥协的选择。Szymaniec解释说，Louis Essen之所以选择铯原子，是因为铯原子的跃迁频率是那个年代的技术所能测量出的极限频率。
如今我们有了新的测量时间的方法。
英国国家物理实验室的科学家正在试验元素锶和镱。这两种元素的原子频率更高，频率已经超出了微波谱的范围而到达光谱。
如图中所示的钟，锶原子或镱原子光钟甚至比铯原子钟更精确
以锶原子为例，它的跃迁频率为486.71赫兹。美国开发的锶原子钟如果从地球存在时开始计时，到现在的偏差仅为一秒，精度达到约五十亿年偏差一秒。
英国国家物理实验室的科学家预计人类已经有能力造出精度达到一百四十亿年偏差一秒的光钟，而宇宙自诞生到现在还不到一百四十亿年。
如果你觉得这种高得变态的精确度似乎无意义，那么再细想一下，以卫星导航为例，如果没有铯原子钟，卫星导航就是不可能的事。GPS卫星中携带一些同步的铯原子钟，这些钟合起来就能利用卫星基本三角定位原理确定你在地球上的位置。
而且这仅仅是实际应用领域的一方面。Leon Lobo是英国国家物理实验室负责授时的人，他的工作是把准确的时间传到全英国。当然这项服务是收费的。
英国国家物理实验室最近开始了一项新的服务，为商业活动提供标准化的计时服务，计时的精度达到一微秒――百万分之一秒。Lobo有一大批目标客户，他们都有一项共同的需求，就是他们需要保证一个运行速度远高于火车的网络在时间上同步。
以电网为例。随着风能和太阳能的应用越来越广泛，而风与云的运动可能会出现不可预测的暂停从而影响到电能，电网就需要对电能的这种变化进行精确计时。如果计时出现错误，就会出现停电故障。
Lobo最大的目标客户是金融市场。如今在全球人们都用电脑进行交易，每 秒钟就完成数千笔交易，信息在电线中的传输速度近乎光速。
在现代社会，一次火车事故就相当于一次不合时宜的赌注，导致数百万美元的损失，同时还可能轻易让市场崩垮。自然地，金融管理者越发需要一个具有高精度的时间戳来保证每笔交易的准确性。
但是铯原子钟的精确性曾经让全球的计时系统发生过一次大变动。究其原因，我们需要将视线拉回1967年。
那一年，科学界基于铯原子的跃迁修改了国际时间标准“秒”的官方定义。是的，铯原子重新定义了时间。
“秒”的定义
铯133原子基态的两个超精细能级间跃迁对应辐射的个周期的持续时间。
这是一次重大的改变。在那之前，人类定义时间（甚至是铁路时间）的根据都是与地球相关的太阳的运动。而现在一切改变了。时间的定义依据不再是太阳，替代它的是铯原子。但是科学家好奇再过多久铯原子又会被锶原子或镱原子代替。
将时间标准改为原子时是有道理的。因为科学家发现根据地球自转计量时间并不是一个可靠的选择。每一天、每一年的长度都不是恒定不变的。
首先，地球的转动正逐渐变慢，因此日平均长度正一天天以缓慢的速度增加。然后还需要考虑海潮、版块漂移以及地幔对流等因素，这些都导致以地球转动为依据的时间出现略微的不稳定。
这对于Felicitas Arias很重要，她的工作是保证全世界计时系统的稳定。她是位于巴黎的国际计量局（BIPM）的计时部门主任，国际计量局负责确保全球各时间计量系统的一致性，以及对现有的时间标准“世界标准时”（UTC）进行修改。
当1960年人们首次使用“世界标准时”时（比全球定位系统的使用还早很多），“世界标准时”给还在用钟来确定他们在大海上的经度的航海人员带来一个潜在的问题。
杂志上的更多趣闻
“第一个改进了计时工具的精度的人其出发点不只是学术兴趣。十七世纪末期，钟表设计研究是国家安全不可分割的一部分。导航技术和测绘技术对于战争中的成功指挥至关重要，在这段时期，英国与法国和荷兰打了几次战争。
Lisa Jardine：科学家是如何造出世界上第一个智能手表的
科学家仍旧使用了John Harrison（英国另一位计时技术先驱）在1761年制造超精度钟时应用的系统。他们把一个特定地点的太阳或星星的位置与另一个地点（通常是格林尼治）时钟上的时间作比较。每差四分钟代表向西或向东差一经度。
但是科学家为了确保继续应用这项技术，坚持使“世界标准时”与地球不稳定的自转保持同步。这表示有时需要加入一个“闰秒”，Arias的工作就是确定什么时候加入这个“闰秒”。
Arias告诉我：“以前有很长一段时间每两年添加一闰秒，然后有七年时间没加。再后来就改成了每两年半添加一闰秒。”
但是每次加入一闰秒时，全世界所有的原子钟都需要调整。
我们大多人意识不到每几年改动一两秒的影响，但是计算机不是这样。它们可能在一瞬间自动关闭，这显然使它们易受到黑客攻击。或者失去同步性，从而导致电车事故。
虽然这类故障未曾发生过，但Arias相信如果发生，后果将使灾难性的。
她警告说：“如果金融系统中出现一秒的错误，就可能引发金融业地震。”
想到金融业损失数百万美元的交易可能不会让你恐惧，但Arias担心如果铯原子时出现错误，那些与铯原子时保持同步的发电站、手机系统和卫星导航系统会发生崩溃。
三亿文库包含各类专业文献、中学教育、行业资料、高等教育、文学作品欣赏、应用写作文书、外语学习资料、16原子钟等内容。　
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