Как атомные часы измеряют время?
Доводилось ли тебе задумываться, какие часы самые точные в мире? Рассуждая на бытовом уровне, мы обычно сравниваем электронные и механические системы, предназначенные для отсчета времени. Но ведь где-то должно быть устройство, отсчет которого используется как эталон. Оно должно быть сверхточным и невероятно надежным, чтобы все присутствующие на Земле приборы по нему сверялись. Такое приспособление есть, и это атомные часы.
Чтобы оценить точность атомных часов, нужно понять, как они работают. Они определяют и отсчитывают время за счет собственных колебаний, этот периодический процесс никогда не останавливается, так как происходит на молекулярном и атомном уровне. Поэтому они такие точные.
В этой статье мы расскажем про атомные часы: как они работают и выглядят, кто их придумал, как человечество ими пользуется. Также здесь ты найдешь интересные факты о часах и отсчете времени.
Атомные часы — самые точные и надежные в мире. Это доказанный факт, который невозможно оспорить. Без них люди не знали бы, как точно расположены планеты в солнечной системе, не смогло бы пользоваться интернетом и системами навигации на основе GPS.
Атомные часы — самые точные в мире находятся вРоссии
На самом деле даже у такого прибора имеется некая погрешность, но она настолько минимально, что в рамках солнечной системы ничего не значит. Устройство синхронизирует все часы во всем мире, оно показывает, для находятся конкретные измерения, работает даже в космосе, где время идет по-другому. Если тебе хочется узнать про отсчет времени за пределами нашей планеты, обратись к статье “Как идет время в космосе?”.
О создании атомных часов
Еще в сороковые годы прошлого века ученые знали о существовании пучка магнитного резонанса. Изначально о практическом применении в часах не могло быть и речи, его использование ограничивалось теориями. В 1945 году Исидор Раби высказал предположение о возможности создания прибора по теоретически созданным техникам. Было создано что-то вроде часов, но они предоставляли неверные данные. Так продолжалось до 1949 года.
Открытие осветил миру National Bureau of Standards, весть о создании первых атомных часов очень быстро разлетелась по свету. В основе механизма были соединения аммиака, в ближайшие годы стали разрабатывать механизмы на других веществах. К 1952 году появился первый прототип на основе цезия.
И сейчас, и в те времена общественность волновал один вопрос: если эти часы атомные, не являются ли они радиоактивными. Нет, не являются и не могут такими быть, так как устройство не предполагает атомного распада. Сейчас такие часы научились производить из разных материалов. Можно использовать алюминий, кварц, кремний, применяют даже серебро.
Принцип работы
Как работают атомные часы???
Механизм функционирует по таким принципам:
- обычные часы работают за счет маятника, в атомных маятника нет, у них главная деталь — кварцевый генератор;
- при переходе электрона с одного энергетического уровня атома на другой возникают сигналы, так создается электромагнитная волна;
- система очень стабильна за счет частых постоянных колебаний.
Казалось бы, механизм совершенен, но каждый год наука делает новые открытия и получает возможность модернизировать процесс. Последним значимым открытием стала работа специалистов из The National Institute of Standards and Technology, они установили мировой рекорд. Они работали над атомными часами на основе стронция, им удалось добиться самого минимального в мире отклонения. Погрешность составляет одну секунду за 15 миллиардов лет.
Примерно столько лет нашей Вселенной, то есть от момента создания Вселенной до наших дней часы отстали бы всего на секунду.
Это важнейшее открытие мирового масштаба. Добиться таких показателей удалось благодаря использованию именно стронция. По аналогии с тем, как обычные часы отсчитывают время тиканьем, стронциевые перемещают атомы стронция в пространстве. Пространство — это пространственная решетка, созданная лазером.
Однако, это теоретические сведения. Они впечатляют, но на практике что-то может пойти не так. Устройства на цезии не настолько точные, но они очень популярны, так как гарантированно надежные. Устройствам на основе стронция предстоит пройти проверку временем.
Строение прибора
Вне зависимости от используемого вещества любые сверхточные часы включают в свое строение кварцевый генератор, квантовый дискриминатор и электронику. Генератор работает по аналогии с автогенератором, отличие в том, что в качестве резонансного элемента в нем применяют кварцевый кристалл в виде пьезоэлектрических мод.
Частоты кварцевого элемента и квантового дискриминатора позволяют сравнивать величины. Если обнаруживается разница, то происходит запрос, под воздействием которого генератор вынужден подстроиться под нужную величину. Так удалось добиться точности и надежности. И это позволяет видеть на табло точное значение, то есть мы видим точнейшее время на циферблате.
Наручные атомные часы
Первые модели были очень громоздкими. Все изменилось в 2013 году, когда фирма Bathys Hawaii выпустила наручный вариант, первые в мире миниатюрные атомные часы. Мировая общественность не поверила, кто-то посмеялся над этим, как над забавной шуткой. Но вскоре сомнений не осталось, наручные часы действительно работают на основе атомов Цезий 133.
Повторимся, прибор безопасен, он не распространяет радиацию. В нем есть радиоактивный элемент, это газ в специальной капсуле, которую невозможно повредить в бытовых условиях. Слава этого прибора облетела весь мир.
Любопытный вопрос: за счет чего питаются эти часы, что дает им энергию. Это простой литий-ионный аккумулятор. На данный момент мы не знаем, на какой срок службы он рассчитан. Эти часы стали весьма популярными в мире, так как были первыми наручными. Но другие портативные устройства были изобретены и до них.
Какие бывают?
Первые портативные устройства не обладали автономностью. Их функция заключалась в синхронизации часов по беспроводному радиоканалу. Стоили такие целых 12 тысяч американских долларов, и это одна из причин, почему они не стали всемирно востребованными. Но производитель и не стремился к массовости, он изначально выпустил новинку очень лимитированной партией.
Сейчас есть несколько типов атомных часов:
- водородные. Атомы водорода поддерживаются на необходимом уровне энергетики. Но это не самый надежный вариант, водород быстро растрачивает необходимый энергетический потенциал;
- цезиевые. Функционируют на основе пучков цезия. Сейчас их считают самыми точными и надежными;
- рубидиевые. Самые простые и маленькие.
Любые атомные часы — недешевые, для простого человека это просто дорогая игрушка. К примеру, модель Hoptroff №10 стоит 78 тысяч долларов. Они были выпущены в 12 экземплярах. В них встроен GPS-сигнал. Компания планирует создать модель с золотым корпусом.
Какой будет вес золота, пока неизвестно, но уже рассчитана примерная стоимость — около 50 тысяч фунтов стерлингов. В цифру заложены исследования, разработки и создание.
Интересные факты о часах
На данный момент атомные — это самые точные и новейшие часы. Чтобы создать такие, человечество прошло множество стадий. Приводим самые интересные факты из истории развития часового дела:
- первые в мире солнечные часы были сделаны в Древнем Египте;
- атомные часы — самые точные. Они могут быть более или менее точными, в среднем погрешность составляет секунду за шесть миллионов лет;
- секунда — не самая маленькая единица времени, есть еще миллисекунда. В одной секунде тысяча миллисекунд;
- стрелки на часах идут слева направо, потому что так движется тень на солнечных часах;
- до Первой Мировой войны часы носили только женщины, но вскоре мужчины оценили удобство и тоже стали пользоваться таким аксессуаром.
Теперь ты точно знаешь, какие часы самые точные в мире. Это атомные часы на основе цезия.
ИсточникУченые нашли самые точные часы в мире
Самые точные часы в мире находятся в британской столице. Но это не знаменитый Биг-Бен, а находящиеся в Национальной физической лаборатории атомные часы. Титул наиточнейших часов присвоен им журналом знаменитого Международного бюро мер и весов — «Метрология».
Самые точные часы в мире находятся в британской столице. Но это не знаменитый Биг-Бен, а находящиеся в Национальной физической лаборатории атомные часы. Титул наиточнейших часов присвоен им журналом знаменитого Международного бюро мер и весов — «Метрология».
Проверка показала, что атомные часы Национальной физической лаборатории, способны отстать или уйти вперед на одну секунду лишь раз в 138 миллионов лет. Ни одни существующие на сегодняшний день хронометры в мире не обладают подобной точностью.
Британские атомные, или молекулярные, часы используют для отсчета времени периодические колебания атомов цезия. Часы представляют собой временной эталон, по которому сверяют время в Соединенном королевстве и ряде других стран. Они входят в группу из шести часов, по которым находящееся в Париже Международное бюро мер и вес регулярно уточняет «мировое время». Остальные эталонные часы находятся во Франции, Германии, США и Японии, сообщил ИТАР-ТАСС.
ИсточникСамые точные часы в мире находятся в Подмосковье
В Солнечногорском районе в поселке Менделеево за высоким массивным забором расположились здания Всероссийского научно-исследовательского института физико-технических измерений. В одном из них ученые следят за временем. Во всех смыслах. Официально должность ученого так и звучит — хранитель времени. Уже полвека он следит, чтобы главные часы в стране шли точно до наносекунды.
Собственно часы расположены в соседних помещениях на этом этаже и этажом выше, а сюда приходят их сигналы — Николай Кошеляевский, начальник лаборатории № 713 Главного метрологического центра Государственной службы времени и частоты РФ.
16 сигналов от 16 часов сравнивают между собой в этой комнате. И таким образом контролируют их ход. Отставание на одну миллиардную тут же становится явным.
А вот так выглядят сами часы, водородные, высокотехнологичные — разработка российских ученых, аналогов которой в мире нет. На данный момент это самые точные часы на планете Земля.
За последние 5 месяцев мы самые-самые, мы показали самые лучшие результаты по сравнению с другими эталонами, по оценке из Франции — Сергей Донченко, генеральный директор ФГУП «ВНИИФТРИ».
Международное бюро мер и весов, расположенное в предместье Парижа — то место, куда ученые всех стран каждый день отправляют данные о времени. Американцы, немцы, сами французы и все остальные. Страны сверяются друг с другом и определяют самые точные показания.
То время, которое мы формируем здесь в лаборатории, мы передаем в систему ГЛОНАСС, а они на спутник, после чего оно распространяется — Игорь Блинов, заместитель генерального директора ФГУП «ВНИИФТРИ».
От точности времени зависят навигация, система координат, например, вашего автомобиля. И если спортсмену на Олимпиаде важна каждая сотая секунды, спутниковой системе ГЛОНАСС нужны данные вплоть до миллиардной доли, то же самое касается сотовой связи. Рассинхрон по времени может привести к коллапсу.
Если что-то случится с навигационными системами, то сотовая связь пропадет примерно через сутки, потому что все часы и все стандарты разбегутся, и мы не сможем связаться с потребителями — Сергей Донченко, генеральный директор ФГУП «ВНИИФТРИ».
Именно поэтому операторы сотой связи, банки, энергетики, аэропорты, вокзалы и логистические компании сверяют свои часы с эталоном времени и звонят во Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений, который расположен в Московской области. В день поступает до 150 миллионов запросов.
Источник