西方人提醒你注意时间时，往往会说“时间在滴答”（Time Is Ticking），当然翻译成更文雅的说法是“时间在流逝”。

滴答本身说明计时是怎么完成的，沙漏就是一种计时方式，假定一定体积的沙流出需要一个固定的时间。与之类似的是利用某些运动的周期性，例如一天就是太阳升起到降落到再升起，而一年则是季节的一个周期变化。古人早就注意到这些自然现象的周期性而制定出历法，最早的历法已经有五千年了。而水钟在古巴比伦和古埃及可以上溯到公元前16世纪。据说机械钟在西方可以追溯到13世纪，却没有保留下来的实物。保留下来的最早的机械钟制造于1430年，这是用弹簧驱动的钟。最早的记录分（没有秒）的时钟制造于1475年，后来出现了记录秒和分的钟。

伽利略第一个注意到钟摆的运动是周期性的，他似乎也有过利用钟摆来制造时钟的想法。惠更斯计算了一秒钟对应的摆长是99.38厘米，制造了第一个用钟摆驱动的时钟。可见，钟表的原理和精确度与某个被利用的周期运动有关。机械钟一般能准确到一天误差一秒就算好的了，我们日常生活中也不需要更准确的时钟。

科学实验和高技术需要更准确的计时。戴过表的人都知道石英表，石英表的计时原理是石英晶体振荡的周期。石英晶体的振动被交流电转变成电压的周期变化，这个变化被线路探测到，这就是石英钟的计时原理。石英晶体振荡周期与石英的具体形状和大小有关，寻常石英钟的振荡频率是32，768赫兹，也就是说在一秒钟内振荡了32，768次。所以，振荡一次就是1/32，768秒。如果这个振荡频率精确到个位数，那么一天下来，振荡次数的误差不大于8万次左右（也就是一天内的秒数），这样石英钟的一天误差就能够保持在秒的范围。为什么选择32，768这个频率呢？因为这个数字恰好是2的15次方，这是利用二进位的数字钟需要的。石英晶体的振荡频率会受到温度的影响从而影响时钟的精确性。经过温度校准的石英钟可以准确到每年误差大约是10秒钟。

20世纪50年代，精确计时进入原子钟时代。原子钟的最基本原理是利用原子能级跃迁辐射的电磁波的周期性，或电磁波的频率。例如，可见光的频率大约是400太赫兹以上，也就是4×10。如果我们能控制光的频率，就有可能利用它来计时。可惜，一般情况下，光的频率并不好控制，因为外界的因素使得每个谱线出现宽度。20世纪30年代，原子物理学家拉比发现了磁共振技术，当原子经过均匀磁场后，再通过一定频率的电磁场就会从一个能级跳到另一个能级，辐射出的电磁波具有固定的频率。但是，如果起初的磁场不够均匀，辐射出的电磁波就会有一定宽度（频率不固定）。拉比在1945年就建议利用这个原理制造原子钟。2011年11月4日去世的拉姆齐是拉比的学生，他在20世纪40年代改进了拉比的方法，让原子在进入均匀磁场前先经过一定频率的电磁场，这样原子先后两次通过振荡的电磁场，这样的话，原子辐射出来的电磁波的频率的宽度就变小了。拉姆齐因此获得1989年度诺贝尔物理学奖（而他的老师拉比早在1944年就获奖了）。拉比和拉姆齐的工作使得制造原子钟成为可能。

原子钟是怎么工作的呢？我们这里以最准确的铯原子钟为例。铯两个能级跃迁辐射的电磁波频率是9，192，631，770赫兹，如果我们制造一个仪器将铯的振荡周期正好乘以这个数，就是一秒。这个仪器的工作原理如下：将液体铯蒸发成气体，然后让气体铯原子通过一个磁场，这个磁场将处于不同能级的铯分离出来。低能级的原子得以通过U形的空腔。这些低能级铯原子随即被波长为3.26厘米的微波照射，一部分被激发打到热丝上再被电离，电离的铯原子经过电路放大。这样，调整照射铯原子的微波的频率使得电流达到最大，微波的频率正好就是9，192，631，770赫兹了。这个频率电子化后用来控制一个石英晶体，保证其振荡频率为500万赫兹。这是原子钟的输出。

目前最精确的铯原子钟可以达到每天误差为一纳秒，这个精度是什么概念？这等于说这个钟300万年的误差是一秒。最早的原子钟利用的不是铯原子，而是氢原子。

原子钟可以用来精确地确定时间。那么长度用什么来定？有趣的是，也是通过原子钟的计时。原因是，物理学家发现真空中的光速是不变的，与我们在什么惯性系中测量无关。所以光速在1983年就被定为299，792，458米/秒。如果我们能够精确确定时间，那么长度就可以用光速来决定，例如，我们规定一米等于光在1/299，792，458秒内跑的距离，这大约是3.3356纳秒。前面我们提到，原子钟一天可以精确到一纳秒，这个精度就是10，我们也由此决定了长度的精度也是这个量级。

时间测量的精度以及长度测量的精度在现代科学实验中越来越重要。例如，惊人的中微子实验告诉我们中微子的速度也许超光速了，这就要求时间测量的精度达到数毫秒的误差不超过纳秒。自然，原子钟达到这个精度很容易，但是，测量中微子速度还涉及到两地原子钟的同时性校准。实验家认为，时钟的校准不会是个问题。