杰青→首席科学家→全国科创名匠

骊山脚下守时忙，华清池旁传佳讯。不久前，中国科学院大学（以下简称“国科大”）记者团前往陕西省西安市临潼区，探访了“北京时间”产生的地方——中国科学院国家授时中心（以下简称“国家授时中心”），采访了33位“时间守护者”。

国家授时中心前身是中国科学院陕西天文台。1966年，在大规模经济建设和国防战备的需求下，经国家科委批准，由中国科学院抓总，在陕西省渭南市蒲城县筹建陕西天文台，代号326工程，后来成为我国唯一专门、全面从事时间频率基础研究和技术研发的科研机构。

也是在那一年，张首刚出生于陕西咸阳。

2005年，张首刚只身来到国家授时中心，从零开始创建量子频标研究室。如今，他是国科大博士生导师，中国科学院西安分院院长，国家授时中心主任、首席科学家，时间频率领域国内首位杰青。2024年第8个“全国科技工作者日”之际，中国教科文卫体工会发布20名首届“全国科创名匠”选树宣传名单，张首刚赫然在列。

“国家利益在什么地方拓展，我们的授时信号就服务到什么地方，为不同空间、不同状态的用户提供安全、可靠、高性能的国家标准时间。”张首刚说。

张首刚的办公室，要么很热闹，要么很安静。

热闹时，他在办公室里开线上会议，门口找他签字、汇报工作、辅导学术论文的人排起长队；安静时，往往已到亥时——大家结束一天的劳作准备休息的时辰。而此时，张首刚又开始了新一轮工作：回复白天没来得及处理的邮件、阅批公文、研究实验数据……

大家开玩笑说，在科研楼里，保安走得最晚，张首刚次之。

不过也有例外。张首刚有时连续去多个地方出差，从西安到北京，从北京到合肥，从合肥到海南，从海南到郑州，再从郑州返回西安，完成这趟闭环耗时两三天。

若是查阅他的机票，便会发现他经常乘坐最早或最晚的航班。午饭也常常在路上解决，一个面包、一盒牛奶，串起了在陕西省政府和中国科学院西安分院的两场会议。

张首刚

在采访前一天晚上，张首刚才下飞机。在他回到国家授时中心时，路灯暖黄的光映到单位正门旁边的钟盘上。时针稍过“10”，秒针片刻不停地一圈圈匀速转动。同样片刻不停的，还有科研楼一层不断闪烁的数字时钟。眼睛一眨，数字增加了几个，几秒便悄然溜走，让人不由感叹时间流于无形。

张首刚快步走上二楼，打开了办公室的灯。

他又开始“上班”了。

时间的产生

“嘀，嘀，嘀，北京时间7点整。”整点报时的声音回荡在国家授时中心整个园区。

这时，张首刚从5个多小时的睡眠中醒来。如同已经过去的19年一样，步行约5分钟后坐到办公室的椅子上。没过多久，他的办公室又热闹起来。

办公室里的他们脚步匆忙，神情专注。他们讨论的问题指向一个关键词：时间。

工作中的张首刚

北京时间，是我国的国家标准时间。虽然名为“北京时间”，但实际上国家标准时间产自西安。在陕西省西安市临潼区书院东路3号，国家授时中心临潼本部，时间频率信号24个小时不间断地产生，经由蒲城授时部等通过不同技术手段发往全国各地。

那么，时间是如何产生的？张首刚团队的工作回答了这个问题。

早在三千多年前，祖先就已经用“干支”的方法纪日了。用干支纪年大约始于东汉初期，此后从未间断。时至2024年，我们也会称其为“甲辰”龙年。这样的天文历法，是基于天体转动，“日”为地球自转运动的昼夜周期，“月”为月球绕地球公转的朔望周期，而“年”为地球绕日公转的四季周期。

世界时（Universal Time, UT）便是以地球自转为基础，以太阳作为参照点来确定时间尺度。然而，地球自转速率受月亮等其他天体摄动等诸多因素的影响，不均匀，因而以世界时确定的秒长在不断变化。

由于世界时的不稳定性，全世界的标准时间都包括两种时间计量系统，一个是基于天文测量的世界时，用以提供与地球自转相匹配的时刻；另一个是基于原子钟测量的原子时，原子内部量子跃迁的频率有极高的稳定性，因而用于确定稳定的时间间隔。

张首刚在时间科学馆前

为兼顾对世界时时刻和原子时秒长的应用需要，1972年，“协调世界时”被提出并作为国际标准时间，采用原子时的秒长，通过闰秒补齐“协调世界时”与“世界时”的时刻差，在时刻上尽量逼近世界时的时间尺度。

然而，在确定、保持了时间尺度后，还需要通过一定方式把这种尺度的时间信息传送出去，供人们使用，即“授时”，也称“时间服务”。在时间发布之后，还需严密监测和控制。信号传播路径物理环境的细微变化都会对时间精度产生影响。

这一系列的工作，被总结为一条完整的时间频率学科链：时间的产生、守时、授时、用时。在此基础上，张首刚的工作是发展国家时间频率体系，这一体系需要在任何时间，为任何空间、任何状态的用户提供自主可控的、安全可靠的、高性能的国家标准时间。这不仅要求着测量世界时的新手段、研制新型原子钟；还需不断提升发展新的授时技术和授时系统。

与时间的不解之缘

张首刚说，自己是被推着走上时间研究之路的。

高考志愿，是张首刚的班主任帮他填的，班主任教的是物理，所以就填报了“物理学”专业；本科毕业时，恰逢陕西天文台的原子钟专家在学校招考从事原子钟研究的学生，物理老师推荐了他；硕士毕业工作后，“中国光学之父”王大珩为张首刚写推荐信去北京大学读博，结果他没考好；在诺贝尔物理学奖颁发给从事激光冷却气体原子研究的朱棣文、威廉·菲利普斯（William Phillips）和科昂·塔努吉（Cohen Tanhoudji）后，张首刚所在的课题组及时变更课题任务书，改为研制喷泉钟，张首刚便被派往法国学习喷泉钟技术。

1993年，张首刚被录取至陕西天文台，国家授时中心的前身。那年陕西天文台一共招了3个硕士生。因为陕西天文台教学条件不足，学生在北京大学上课。闲暇的时候，张首刚就在原北京大学常务副校长王义遒的实验室里，在杨东海教授指导下学习原子钟研制技术。

他第一次见到原子钟时，感到十分意外。挂钟也好、摆钟也罢，都有钟表的形状，而立在他面前的氢钟，分明是个“实验装置”，怎么看都不像个“钟”。

只是，他隐约感到研制原子钟这项工作的重要性。

1969年，周恩来总理提出丢掉“洋拐棍”、建立中国“原子时”的决策。

1970年，《关于我院陕西天文台（326工程）时间频率试播的请示报告》被递交至国务院业务组，报告中写道：我院在陕西蒲城地区建立了一个新的标准时间、纬度备战台（对外名称定为“陕西天文台”），其主要任务是：平时与上海天文台相互配合，提高时间频率发播的精度，满足我国西部地区的使用要求，战时在紧急情况下，代替上海天文台的时间频率发播工作。

周恩来总理亲自批示短波授时台试播，“从1971年1月1日起正式公开启用”。张首刚回忆，他的研究生导师举家迁到陕西天文台。“举家迁过来，并且都给安排工作，可见原子钟研制的重要性。”张首刚说，“重要性是一方面，另一方面是有没有研究的兴趣。这其中原子要经过分子离解、原子选态、量子，说实话，我一点也听不懂。”

从完全听不懂，到在巴黎天文台用法语完成博士毕业答辩，张首刚说，他比一般人能多吃点苦。

张首刚在第九届冷原子物理国际学术研讨会上

生于陕西咸阳的农村，张首刚从初二开始，年年寒暑假，便在工厂打工，安装机器、拆房修房，在自由市场里一住就是两个礼拜，卖菜。高中的一个暑假，他给50余名农民工做饭。“现在我也偶尔做饭，我闺女的口味跟我一样，现在也要吃我拌的面。”张首刚难掩得意。

张首刚从小就对动手实践很有兴趣。他好奇锁怎么能打开，就砸开看；他觉得电话传声有意思，就拆开电话机，把线圈和磁铁取下来，加个天线尝试做收音机。中学的物理老师经常让张首刚起立回答问题，张首刚转学后，物理老师还不自觉地让张首刚回答问题，才后知后觉张首刚已经不在班里了。有一次，老师在黑板上出了两个难题。很多同学一个题也做不出来，老师以为张首刚能把两道题都做出来。可是看到答卷后，老师诧异他怎么只做出了一道。张首刚老实地说：“其实那天我没戴眼镜，看不清黑板上的题，我问旁边的同学第一题的题目，又不好意思总问人家，就把第二题空着了。”

在法国读博期间，张首刚的主要工作是改进世界上第一台铯原子喷泉钟，法国的时间频率基准钟——该钟的性能居世界领先地位。完成毕业答辩后，张首刚准备回国。他在法国的导师不解张首刚的选择：既然已经做了世界上最好的喷泉钟，为什么要回国做重复工作？张首刚回答道：“因为我的祖国需要！”

那边需要你

祖国需要张首刚，国家授时中心需要张首刚。

2005年3月，张首刚离开北京，离开妻子和女儿，第一次来到国家授时中心总部临潼。

从零开始创建量子频标研究室，缺人才、缺经费，是张首刚首先面临的问题。那时，全陕西还没有学冷原子理论和技术的人。大门口的道路泥泞不堪，实验室里空无一物，甚至电钻都是“继承”退休老同志的。张首刚带领团队到处申请课题经费，一年进行了16场答辩。三五年过去，到了张首刚原先预期回京的时间，可他却离不开这里了：“不是说你想走就走了，搭一个摊不容易，你的实验室、带的队伍都在这儿。”

一晃就是19年——张首刚和妻子两地分居的年数。张首刚感谢自己的家庭：父辈老人身体健康，孩子的学习也没让他操心，妻子给了他足够的时间和空间投身科研。

国家授时中心不止需要张首刚。在国家授时中心官网首页上，有一栏是“主任致辞”。在那里，张首刚写道：

近年来，国家授时中心实施“凝练科技目标，提高创新能力，稳定和用好现有人才，培养和吸引青年优秀人才，以项目带动人才培养”的战略。张首刚也在尽自己所能吸引、培育国家授时中心需要的人。

张首刚（左）和学生张辉（右）

张辉是张首刚的博士生，2023年刚刚毕业。谈起导师，张辉很感激张首刚对他生活上的关心。“张老师知道我是从农村出来的学生，他总会在交流完学术之后说，如果家里有什么困难，一定要告诉他，不要不好意思。”洪辉博也是张首刚带领的量子频标研究室的学生之一。一次，他和张首刚在科研主楼迎面遇到：“我不知道张老师从哪里知道的我的胃不太好，他问我需不需要帮助，无论是物质上的帮助还是寻找医生的协助。”

在引进人才时，考量对人才今后发展的帮助，是张首刚内心常惦记的事。他希望给想干一些事的年轻人做大事的平台，为他们的今后发展铺路。

摆在张首刚面前的问题，还有研究方向与内容。在时间频率领域，已经有了北京大学、清华大学的科研团队，还有中国科学院上海天文台、中国科学院上海光学精密机械研究所、中国科学院精密测量科学与技术创新研究院、中国计量科学研究院等优秀团队，那么国家授时中心需要研究什么，国家授时中心能够发挥的独特作用又在哪儿？

“对于原子钟的研究，我必须另辟蹊径。把你逼得去创新，你要做得跟别人不一样，你要做得比别人更好。”张首刚说。

钦若昊天 敬授人时

2010年，张首刚率先提出建设高精度地基授时系统，构建天地一体弹性国家授时体系架构。“国家授时中心授时设施在全国是分散的，我们也有一定的抗打击能力。为什么说是‘弹性’？”张首刚说，“就是你把我打击了后，我有强的‘肌肉’，能自我恢复，局部被打残了不会影响整体运行。”

张首刚（中）和学生们

如果仔细观察，便会发现国家授时中心园区内客座公寓前的绿化带、科研楼电梯旁的楼层指示牌，随处可见“钦若昊天，敬授人时”这8个字。

《尚书·尧典》有言，“乃命羲和，钦若昊天，历象日月星辰，敬授人时。”古人严谨地遵循天数，推算日月星辰运行的规律，制定出历法，把天时节令告诉人们，指导农耕之需。

如今，时间的概念由最初的“日、月、年”，逐步细分到“日”之下的“时、刻、分、秒”，随着现代社会的发展，在“秒”之下更是细分出了“毫秒、微秒、纳秒、皮秒、阿秒、仄秒”等精密时间。授时技术，也由最初的鸡人报时、打更报时和钟鼓报时等，发展为无线电授时、互联网授时、专用光纤授时和卫星授时等。

“钦若昊天，敬授人时”的内涵，在与时俱进，也正为“时间守护者”们不断提出新的要求。

仅仅是产生时间、测准时间还不够，还要未雨绸缪，构建全方位、多手段、多层次的弹性授时体系，支撑国家发展。

国家在什么空间需要时间信号，他们就要把时间信号延伸到哪里去。国家利益在什么地方拓展，他们就要在什么地方发播国家的授时信号。

“关于世界时测量，上世纪六七十年代我们国家做了很优秀的工作，后来因为国际上发展了新技术，我们轻信了国际联测，放弃了新技术的发展。”张首刚回忆，“在几次重要的航天任务和军事活动中，我们无法下载数据，所以必须自主去测量。”

张首刚参加《开讲啦》

在“时间守护者”们的共同努力下，渐渐地，时间被中国人掌握在自己手里。通过系列新型原子钟、世界时测量系统以及新的授时系统的研制应用，中国的时间频率系统逐步实现了自主可控，且性能先进。2023年，北京时间准确度位居国际第二，中长期稳定度位居国际第二，对国际标准时间产生的贡献权重位居国际第三。北京时间影响着全世界的时间。

国家授时中心产生并授时发播的时间频率信号，仿佛国家的心脏时刻跳动，被应用至多个领域：电力、通信、金融、交通、测绘、公安、卫星导航、深空探测、防震减灾、广播电视、科学研究……每时每刻都在支撑着社会经济运行、国防建设和国家安全。

张首刚常说，时间研究是值得一辈子做的工作。目前，人类对时间的认识，从宇宙的年龄1018秒，到Z0粒子的寿命10-25秒，跨越了44级“台阶”。而对国家授时中心的“时间守护者”们来说，这条时间的长梯没有尽头，对精密时间的探索永无止境。