在古代，人们大多用 “天文地相” 来定义时间。就像 “日出而作，日落而息”，人们通过观察自然现象，逐渐掌握了时间变化的规律。
上世纪，人类文明中最精准的计时器是利用石英晶体规律摆动而设计的时钟，虽然这种时钟比较精准，但当它面对科学家们更为专业、严谨的需求时，其问题就会日益显现。比如，爱因斯坦的相对论就曾指出，在更强的重力环境中，时间会流逝得更慢。
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直到上世纪 30 年代，哥伦比亚大学（Columbia University in the City of New York）的物理学家伊西多・艾萨克・拉比（Isidor Isaac Rabi）发明了 “核磁共振仪。依托这套装置，拉比实现了提取原子中电子能量的震荡频率。
也就是从这里开始，他提出著名的原子 “超精细跃迁” 频率，为当今原子计时器迈出历史中的第一步。也正因此，拉比获得了 1944 年的诺贝尔物理学奖 。
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原子钟作为一种计时设备，最初研发的目的在于探索宇宙。多年来，科学界一直在设法推算及更新宇宙的年龄，而目前被科学界普遍认可的宇宙年龄约为 138 亿年。想象一下，如果利用原子钟计时，就算从宇宙之初，到今天这 150 亿年中也不会误差 1 秒。
美国国家标准与技术研究院（NIST）的物理学家安德鲁・拉德洛（Andrew Ludlow）表示：“更精准的原子钟将有助于研究重力学、宇宙早期和暗物质。并且，原子钟的稳定性打开了通向许多令人激动的高性能计时实践应用的大门。”
随着科技不断地高速发展，原子钟不仅帮助交叉融合学科向更高的领域发展，而且在各行各业的作用也不容小觑。当下，科学家已经对原子钟展开广泛的研制，包括锶原子、铷原子、汞原子、氢原子、铯原子等。这些原子钟各有其用途，在互联网、金融系统、导航定位等领域发挥着巨大作用。
当下，全球卫星导航系统（GNSS）普遍使用的就是原子钟。对于卫星导航定位而言，测量出精确的距离实际就是测量精准的时间，如果没有原子钟如此的高精度，卫星导航则不可能完成高精度的导航和定位系统。
作为中国自主建设运行的北斗导航系统，可以在全球范围内提供全天时、高精度的导航定位等服务。其第三代导航卫星搭载的就是铷原子钟，利用铷原子跃迁为物理基础，建立的一套极度精密的计时设备，这套设备在北斗卫星上发挥着至关重要的作用，直接关乎着时间、定位、测速等功能的精度。
根据卫星导航的标准，就算是目前最好的石英体振荡器在太空运行仅 1 小时后，与原子钟的偏离也会存在毫微秒 (十亿分之一秒)，大约一个月以后，这种误差可能会成为 1 豪秒 (千分之一秒)，而这 1 毫秒会将带来大约 300 公里的距离误差。可想而知，这对于快速飞行的卫星或飞船会产生多大影响。
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此外，日前Nature一篇题为《在太空中演示俘获离子原子钟》（“Demonstration of a trapped-ion atomic clock in space”）的论文中提到，目前宇宙中正在运行的一个离子阱原子钟（深空原子钟）其实性能表现已经超越了宇宙中其他的原子钟。
其通讯作者是来自美国加州理工学院（California Institute of Technology）的学者艾瑞克・布尔特（Eric Burt）。他表示，这个名叫 “深空原子钟” 的离子阱原子是基于卫星原子钟的升级版本，或将成为未来宇宙中最稳定的原子钟。
如此精准之下，为何还需要更稳定的太空导航？
当地球向航天器发送信号，然后航天器再将信号返回地球，由于我们已知信号是以光速进行传播，因此，科学家可以通过信号双向传播的时间推算出航天器与地球的距离。
举例来说，当你家与超市的距离走路的时间在 20 分钟时，如果你已知自己 10 分钟可以走 1 公里，那么，你就可以计算出你家到超市的距离。
由于目前宇宙现有的原子钟都是依托在一个密闭箱子内，但是，一旦出现原子和箱壁碰撞等情况，就会出现稳定性问题。而离子阱原子钟解决了这项问题，通过使用汞离子消除碰撞摩擦等，以达到更高的稳定性。
布尔特认为，深空原子中非常适合在太空环境中工作。因为它对温度、磁场、辐射的变化的敏感度非常低。这对于未来前往火星或其他深太空探索任务来说，使其自主导航成为可能。并且，这对未来宇宙飞船等航天器的导航方式或许将是一个巨大的进步。
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