0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как работают атомные часы

Атомные часы показывают время лучше любых других часов. Они показывают время лучше, чем вращение Земли и движение звезд. Без атомных часов GPS-навигация была бы невозможной, Интернет не был бы синхронизирован, а положение планет не было бы известно с достаточной точностью для космических зондов и аппаратов.

Атомные часы не радиоактивны. Они не полагаются на атомный распад. Более того, у них есть пружина, как и у обычных часов. Самое большое отличие стандартных часов от атомных в том, что колебания в атомных часах происходят в ядре атома между окружающими его электронами. Эти колебания сложно назвать параллелью балансовому колесику в заводных часах, однако оба типа колебания можно использовать для отслеживания уходящего времени. Частота колебаний внутри атома определяется массой ядра, гравитацией и электростатической «пружиной» между положительным зарядом ядра и облаком электронов вокруг него.

Статья в тему:  Что делать если разочаровался в человеке. Как не разочароваться в человеке и людях. Как понять, что вы разочарованы

Как функционируют атомные часы

Атомные часы: описание ипринцип работы

Давайте сначала разберемся, чтоже собой представляет механизм атомных часов. Атомные часы— это такой прибор, спомощью которого происходит измерение времени, новнем используют его собственные колебания, как периодичность процесса, атакже все происходит наатомном имолекулярном уровне. Отсюда такая точность.

Можно суверенностью утверждать, что атомные часы самые точные! Именно благодаря имвмире функционирует Internet, GPS-навигация, нам известно точное расположение планет всолнечной системе. Погрешность этого прибора настолько минимальна, что можно уверенно говорить, что они мировые! Благодаря атомным часам происходит вся мировая синхронизация, известно, где находятся теили иные изменения.

Кто изобрел, кто создал, атакже кто придумал эти чудо-часы?

Еще вначале сороковых годовХХ столетия было известно обатомном пучке магнитного резонанса. Сначала его применение никак некасалось часов— это была только теория. Ноуже в1945 году Исидор Раби предложил создать прибор, концепция которого состояла втом, чтобы они работалина основе вышеописанной техники. Ноони были устроены так, что показывали неточные результаты. Ивот уже в1949 году National Bureau ofStandards оповестило весь мир осоздании первых атомных часов, воснову которых легли молекулярные соединения аммиака, ауже в1952 году были освоены технологии для создания прототипа наоснове атомов цезия.

Услышав обатомах аммиака ицезия, возникает вопрос, анерадиоактивныли эти чудесные часы? Ответ однозначный— нет! Вних отсутствует атомный распад.

Внаше время есть множество материалов, изкоторых производят атомные часы. Например, это кремний, кварц, алюминий идаже серебро.

Статья в тему:  Что октавиан август. Октавиан август. Октавиан Август - краткая биография

Как работает прибор?

Давайтеже разберемся, как выглядят икак работают часы наатомнойэнергии. Для этого предлагаем описание ихработы:

Для правильного функионирования именно этих часов необходим немаятник, атакже некварцевый генератор. Они используют сигналы, которые возникают вследствие квантового перехода одного электрона между двумя энергетическими уровнями атома. Врезультате мыимеем возможность наблюдать электромагнитную волну. Другими словами, мыполучаем частые колебания исверхвысокий уровень стабильности работы системы. Ежегодно за счет новых открытий происходят модернизации процессов. Не так давно специалистыThe NationalInstituteo fStandardsand Technology (NIST)стали рекордсменами, установив абсолютный мировой рекорд. Они смогли довести точность работы атомных часов (воснове был стронций) досамого минимального отклонения, аименно: за15млрд. леттам набегает одна секунда. Да-да, вам непоказалось, именно такой возраст сейчас присваивается нашей свами Вселенной. Это колоссальное открытие! Ведь именно стронций сыграл важнейшую роль вэтом рекорде. Аналогом «тиканья» выступили перемещающиеся атомы стронция вего пространственной решетке, которую создали ученые при помощи лазера. Как ивсегда внауке, натеории все кажется фееричным иуже усовершенствованным, нонестабильность такой системы может оказаться менее радостной напрактике. Именно из-за своей нестабильности, мировую популярность получил прибор нацезии.

Теперь рассмотрим, изчего состоит такой прибор. Основными деталями здесь являются:

  • квантовый дискриминатор;
  • генератор изкварца;
  • электроника.

Генератор изкварца— это подобие автогенератора, нодля произведения резонансного элемента, внем применяют пьезоэлектрические моды кварцевого кристалла.

Имея квантовый дискриминатор икварцевый осциллятор, под воздействием ихчастоты происходит ихсравнение ипри выявлении разницы, схема обратной связи требует откварцевого генератора подстраиваться под требуемое значение иповышать стабильность иточность. Врезультате навыходе мывидим нациферблате точное значение, азначит, точное время.

Статья в тему:  Азовская военная флотилия. Азовская флотилия в годы великой отечественной войны

Ранние модели имели довольно большие размеры, однако воктябре 2013 года компания «BathysHawaii«произвела фурор, выпустив миниатюрныеатомные наручные часы. Сначала все восприняли такое заявление как шутку, новскоре выяснилось, что это действительно правда, иони функционируют наоснове атомного источника Цезий 133. Безопасность прибора обеспечивается тем, что радиоактивный элемент содержится ввиде газа вспециальной капсуле. Фото этого прибора разлетелось повсему миру.

Многих втеме атомных часов интересует вопрос источника питания. Вкачестве батарейки используется литий-ионный аккумулятор. Ноувы, пока неизвестно, насколько хватит такого аккумулятора.

Часы компании «BathysHawaii» стали действительно первыми атомными наручными часами. Ранее уже были известны случаи выпуска относительно портативного прибора, но, ксожалению, оннеимел атомного источника питания, авсего навсего выполнял синхронизацию среальными габаритными часами побеспроводной радиосвязи. Стоит также упомянуть иостоимости такого гаджета. Удовольствие было оценено в12тыс. долларов США. Было понятно, что стакой ценой часы необретут широкой популярности, нокомпания кэтому инестремилась, ведь выпустила ихочень ограниченной партией.

Нам известны несколько типов атомных часов. Вихконструкции ипринципах нет существенных отличий, новсеже некоторые отличия все-таки есть. Так, основные заключаются всредствах нахождения изменений иихэлементов. Можно выделить следующие типы часов:

  1. Водородные. Ихсуть заключается втом, что идет поддержка атомов водорода нанужном уровне энергетики, авот стены сделаны изспециального материала. Исходя изэтого, делаем вывод, что именно водородные атомы очень быстро теряют свое энергетическое состояние.
  2. Цезиевые. Основой для них являются пучки цезия. Стоит отметить, что именно эти часы являются самыми точными.
  3. Рубидиевые. Они являются самыми простыми иочень компактными.
Статья в тему:  Битва под курском. Белгородско-Харьковская стратегическая наступательная операция «Румянцев

Как уже говорилось ранее, атомные часы являются очень дорогостоящим гаджетом. Так, карманные часы Hoptroff №10— яркий представитель игрушки нового поколения. Цена такого стильного иочень точного аксессуара составляет 78тыс. долларов. Было выпущено всего 12экземпляров. Вмеханизме этого прибора используется высокочастотная колебательная система, которая также оснащена GPS-сигналом.

Наэтом компания неостановилась иименно всвоей десятой версии часов хочет применить метод помещения механизма взолотой корпус, который будет напечатан напопулярном 3D-принтере. Точно еще нерассчитано, сколько золота будет использовано для такой версии корпуса, нозато уже известна предполагаемая розничная стоимость этого шедевра— она составила около 50тыс. фунтов стерлингов. Иэто еще неокончательная цена, хотя вней учтены все объемы исследований, атакже новизна иуникальность самого гаджета.

Исторические факты обиспользовании часов

Какже рассказывая обатомных часах, неупомянуть осамых интересных фактах, которые связаны сними ивременем вцелом:

  1. Вызнали, что вдревнем Египте были найдены самые старые солнечные часы?
  2. Погрешность атомных часов минимальна— она составляет всего 1секунду на6миллионов лет.
  3. Все знают, что вминуте— 60секунд. Номало кто вникал вто, сколькоже миллисекунд водной секунде? Аихнемного инемало— тысяча!
  4. Каждый турист, который смог побывать вЛондоне, обязательно стремился увидеть своими глазами Биг Бен. Ноксожалению, немногие знают, что Биг Бен— совсем небашня, аназвание огромного колокола, который весит 13тонн извонит внутри башни.
  5. Выникогда незадумывались, почему стрелки наших свами часов идут именно слева направо или как мыпривыкли говорить «почасовой стрелке»? Этот факт напрямую связан стем, как движется тень насолнечных часах.
  6. Самые первые наручные часы были придуманы внедалеком 1812году. Ихизготовил основатель фирмы Breguet для Неополитанской королевы.
  7. ДоПервой Мировой войны, наручные часы считались только женским аксессуаром, новскоре из-за своего удобства, они были облюбованы имужской частью населения.
Статья в тему:  Призыв после института. Можно ли девушке служить в вооруженных силах РФ

Который атомный час? Как работает самый точный и малопонятный прибор для измерения времени

70 лет назад физики впервые изобрели атомные часы — самый точный на сегодняшний день прибор для измерения времени. С тех пор устройство прошло путь от концепта размером с целую комнату до микроскопического чипа, который можно встроить в носимые устройства. «Хайтек» объясняет, как работают атомные часы, чем отличаются от привычных нам приборов для измерения времени и почему они вряд ли станут массовым явлением.

Читайте «Хайтек» в

Начнем с простого: что такое атомные часы?

Это не так уж просто! Для начала разберемся, как работают привычные нам инструменты для измерения времени — кварцевые и электронные хронометры.

Часы, которые могут измерять секунды, состоят из двух компонентов:

  • Физическое действие, которое повторяется определенное количество раз в секунду.
  • Счетчик, который сигнализирует, что секунда прошла, когда происходит определенное количество действий.

В кварцевых и электронных часах физическое действие происходит в кристалле кварца определенного размера, который сжимается и разжимается под воздействием электрического тока с частотой 32 768 Гц. Как только кристалл совершает это количество колебаний, часовой механизм получает электрический импульс и поворачивает стрелку — так работает счетчик.

В атомных часах процесс происходит иначе. Счетчик фиксирует микроволновый сигнал, испускаемый электронами в атомах при изменении уровня энергии. Когда атомы щелочных и щелочноземельных металлов вибрируют определенное количество раз, прибор принимает это значение за секунду.

Статья в тему:  Что означает если женщина показывает язык мужчине. Как знание языка тела женщин помогает при флирте. Он прикасается к своей шее или горлу

Показания цезиевых атомных часов лежат в основе современного определения секунды в международной системе единиц измерения СИ. Она определяется как промежуток времени, в течение которого атом цезия-133 (133Cs) совершает 9 192 631 770 переходов.

Атомные часы и правда очень точные?

Да! Например, механические кварцевые часы работают с точностью ±15 секунд в месяц. Когда кварцевый кристалл вибрирует, он теряет энергию, замедляется и теряет время (чаще всего такие часы спешат). Подводить такие часы нужно примерно два раза в год.

Кроме того, со временем кристалл кварца изнашивается и часы начинают спешить. Такие измерительные приборы не отвечают требованиям ученых, которым необходимо делить секунды на тысячи, миллионы или миллиарды частей. Механические компоненты нельзя заставить двигаться с такой скоростью, а если бы это удалось сделать, их компоненты изнашивались бы крайне быстро.

Цезиевые часы отклонятся на одну секунду за 138 млн лет. Однако точность таких измерительных приборов постоянно растет — на данный момент рекорд принадлежит атомным часам с точностью около 10 в степени –17, что означает накопление ошибки в одну секунду за несколько сот миллионов лет.

Раз в атомных часах используются цезий и стронций, они радиоактивны?

Нет, радиоактивность атомных часов — это миф. Эти измерительные приборы не полагаются на ядерный распад: как и в обычных часах, в них присутствует пружина (только электростатическая) и даже кристалл кварца. Однако колебания в них происходят не в кристалле, а в ядре атома между окружающими его электронами.

Статья в тему:  Что делать, если ребёнка травят в школе. Моббинг – виды. Моббинг – психология

Ничего не понимаем! Как же тогда работают атомные часы?

Расскажем о самых стабильных, цезиевых часах. Измерительный прибор состоит из радиоактивной камеры, кварцевого генератора, детектора, нескольких тоннелей для атомов цезия и магнитных фильтров, которые сортируют атомы низкой и высокой энергии.

Прежде чем попасть в тоннели, хлорид цезия нагревается. Это создает газовый поток ионов цезия, которые затем проходят через фильтр — магнитное поле. Оно разделяет атомы на два подпотока: с высокой и низкой энергией.

Низкоэнергетичный поток атомов цезия проходит через радиационную камеру, где происходит облучение с частотой 9 192 631 770 циклов в секунду. Это значение совпадает с резонансной частотой атомов цезия и заставляет их изменить энергетическое состояние.

Следующий фильтр отделяет низкоэнергетичные атомы от высокоэнергетичных — последние остаются в случае, если произошло смещение частоты излучения. Чем ближе частота облучения к резонансной частоте атомов, тем больше атомов станут высокоэнергетическими и попадут на детектор, который преобразует их в электричество. Ток необходим для работы кварцевого генератора — он отвечает за длину волны в радиационной камере, — а значит за то, чтобы цикл повторился вновь.

Предположим, кварцевый генератор теряет свою энергию. Как только это происходит, излучение в камере ослабевает. Следовательно, количество атомов цезия, переходящих в состояние высокой энергии, падает. Это дает сигнал резервной электрической цепи отключить генератор и скорректировать период колебаний, тем самым фиксируя частоту в очень узком диапазоне. Затем эта фиксированная частота делится на 9 192 631 770, что приводит к формированию импульса, отсчитывающего секунду.

Статья в тему:  Что обозначает ты уникальный человек. Уникальность уникум уникальный. Дин Карназес – человек, обладающий необычной выносливостью

Если атомные часы тоже зависят от кварцевого кристалла, в чем тогда прорыв?

Действительно, кварцевый генератор — самое слабое место цезиевых атомных часов. С момента создания первого такого измерительного прибора исследователи ищут способ отказаться от компонента — в том числе за счет экспериментов с различными щелочными и щелочноземельными металлами, помимо цезия.

Например, в конце 2017 года ученые из Национального института стандартов и технологий США (NIST) создали в качестве основы для атомных часов трехмерную решетку из 3 тыс. атомов стронция.

Исследователям удалось доказать, что увеличение числа атомов в решетке приводит к увеличению точности часов, а при максимальном количестве атомов точность составила погрешность в одну секунду за 15 млрд лет (примерно столько прошло со времен Большого взрыва).

Но стабильность работы стронциевых часов еще предстоит проверить — сделать это можно только со временем. Пока ученые берут за основу для измерений показания цезиевых атомных часов с кварцевым кристаллом внутри.

Ясно! Значит, скоро атомные часы станут обычным делом?

Маловероятно. Проблема заключается в том, что точность атомных часов регулируется принципом неопределенности Гейзенберга. Чем выше точность частоты излучения, тем выше фазовый шум, и наоборот. Повышение фазового шума означает, что необходимо усреднить множество циклов для достижения необходимого уровня точности частоты. Это делает разработку и поддержание работоспособности атомных часов довольно дорогими для массового использования.

Статья в тему:  10 целей по путешествиям. основных целей в жизни человека: как составить список. целей женщины, мужчины, семьи

Сейчас атомные часы установлены на базовых станциях мобильной связи и в сервисах точного времени. Без них была бы невозможна работа навигационных систем (GPS и ГЛОНАСС), в которых расстояние до точки определяется по времени приема сигнала от спутников. Кварцевые кристаллы являются доминирующим решением. Даже в дорогостоящем испытательном оборудовании, таком как осциллограф серии Keysight UXR1104A Infiniium UXR: 110 ГГц, четыре канала (цена не указана, но она находится в диапазоне $1 млн) используют стабилизированные в печи кристаллы кварца для эталонов, стабильных во времени.

Однако в большинстве случаев использование простого кварцевого кристалла будет дешевле и эффективнее, — потому что кварц имеет гораздо лучшее соотношение точности частоты к фазовому шуму. Поэтому атомные часы необходимы только в случае, когда нужно иметь заданную точность частоты в течение продолжительного времени — десятков и сотен лет. Такие случаи крайне редки — и вряд ли действительно необходимы обычному человеку, а не ученому.

Почему атомные часы самые точные

Честь открытия «точного» металла — цезия — принадлежит немецким учёным Роберту Бунзену и Густаву Кирхгофу, обнаружившим его пары в водах Дюрхгеймского минерального источника в 1860 году. Металлический цезий впервые получил швед Карл Сеттерберг двадцатью годами позже. Природный изотоп — цезий-133 — отличается интересной особенностью: он плавится при температуре около 20°C, и это свойство сыграло важную роль.

Статья в тему:  Блоки в теле: устранение мышечных зажимов. Телесные блоки

«Тяжесть» и неторопливость атомов цезия, испаряющихся при столь невысокой температуре, в отличие от, например, цинка, плавящегося при 400°C, обеспечивали более чёткую картинку спектра с менее выраженным эффектом Доплера.

Цезий-133

Ещё один аргумент — сложность электронной оболочки. Атомы цезия могут находиться в 16‑ти возможных квантовомеханических состояниях, называемых «сверхтонкими магнитными подуровнями основного состояния». Такое богатство определяется разными магнитными моментами электронов оболочки с разным спином (от английского spin — вращаться, спин — одна из фундаментальных, наряду с массой и зарядом, характеристик элементарных частиц). Как следствие, атомы цезия легко возбуждаются для скачка между энергетическими уровнями. Даже слабый свет способен выбить из атомной структуры цезия поток электронов. Благодаря этому свойству цезий широко применяется в составе фотодетекторов. Льюис Эссен, сотрудник британской Национальной физической лаборатории, в 1953 году установил, что при переходе между сверхтонкими уровнями f3 и f4 излучаются фотоны с частотой 9192,631770±0,0000020 МГц.

Такое точное значение позволило Эссену вплотную заняться созданием эталона времени. Первая модель атомных часов (цезий-лучевая) представляла 5‑метровую «беговую дорожку», по которой атомы двигались со скоростью 250 м/с. Сортировка атомов с нужным энергетическим состоянием проводилась двумя магнитами, отклонявшими частицы в так называемую камеру Рэмси. В ней атомы «накачивались» микроволновым излучением до энергетического уровня f4. А дальше — ещё одна разделительная магнитная система и детектор, в котором «правильные» атомы цезия испускают фотоны.

Статья в тему:  Что означает если женщина показывает язык мужчине. Как знание языка тела женщин помогает при флирте. Он прикасается к своей шее или горлу

Однако линии спектра излучения были слабыми и размытыми. Малая интенсивность линий определялась небольшим числом атомов в заданном состоянии, а «размытость» — влиянием всё того же эффекта Доплера (атомы двигались достаточно резво и имели значительный разброс скоростей). Со «слабостью» линий специалисты справились, применив остроумную схему обратной связи: частота излучения накачки подстраивалась к интенсивнос­ти излучения, и на требуемых 9,2 ГГц доля атомов с уровнем f4 достигала максимума. Проблема с размытием оказалась более крепким орешком, поддавшийся усилиям учёных гораздо позже.

Это единственные кварцевые часы, которые до сих пор работают в Гринвичской обсерватории. Они содержат линзообразный (AT-среза) кристалл и генерируют сигналы с частотой 2,5 МГц. Это один экземпляр из той пары часов, которые были закуплены в США в 1964 г., после того как они прошли испытания в Морской обсерватории США (Гринвичская обсерватория).

Роль часового механизма, переводящего абстрактные колебания (будь то маятник в часах или «беготня» электронов в атоме) в зримые цифры, играют уже знакомые нам кварцевые резонаторы. Сложные электронные схемы «обвязки» резонатора позволяют фиксировать совпадение (или кратность) частоты внешнего излучения с собственной частотой резонатора. В некотором смысле мы имеем дело с «радиоприёмником», который настраивается на определённую частоту, зная которую несложно «отсчитать» нужное количество тактов (частота и период колебаний обратно пропорциональны друг другу).

После калибровки, на которую ушло почти 4 года, устройство Луи Эссена получило наименование NBS-1 и достигло точности в 1 секунду за тысячу лет! Этот успех заставил Международный Комитет мер и весов в 1967 году перейти на определение секунды как промежутка равного 9192631770 периодам излучения 133‑го изотопа цезия, содержащего в ядре 55 протонов и 78 нейтронов, соответствующего переходу между сверхтонкими состояниями f4 и f3. Такой шаг означал окончательный отказ от астрономических методов определения секунды (согласно предыдущему стандарту 1954 года, она равна 1/31556925,9747‑й доле 1900‑го года).

Статья в тему:  10 целей по путешествиям. основных целей в жизни человека: как составить список. целей женщины, мужчины, семьи

Справиться с размытостью спектральных линий помог лазерный «фонтан», предложенный Джеролдом Закариосом. Цезиевое «облачко» удерживается в ловушке, образованной световым давлением лучей шести ортогональных лазеров. Оно может двигаться только по вертикали на манер поршня. Параллельно происходит и «накачка» атомов до нужного уровня, так что необходимость в магнитной сепарации отпадает. Вертикальные лазеры отвечают за медленный дрейф возбуждённых атомов вверх (вот он, фонтан), сквозь кольцевую детекторную камеру. Дальше атомы падают вниз, снова проходя через детектор.

Впервые цезиевый «фонтан» был продемонс­трирован в Стэнфордском университете в 1989 году. Специалисты сразу увидели огромное преимущество: доплеровское «размытие» практически исчезло, скорость атомов была столь мала, что ею можно пренебречь — неопределённость частоты не превышала 10 Гц! Кроме того, одни и те же атомы выдавали 2 кванта, проходя через детекторную камеру два раза, то есть выросла стабильность измерения. Новые цезиевые часы вступили в строй в 1999 году, сходу на порядок превысив стандарт точности США (секундная ошибка за 2,7 миллиона лет).

«Фонтанная» технология стала на некоторое время доминирующей в создании суперхронометров. Но сегодня путь к абсолютной точности лежит в иной плоскости и связан он уже не с излучением, а с квантовыми эффектами.

В 2010 году физики NIST (National Institute of Standards and Technology — Национальный институт стандартов и технологий, США) разработали квантово-логические часы (Quantum Logic Clock), в которых рабочими телами служат не сгустки паров цезия или стронция, а дублеты ртути (в следующих версиях — алюминия и стронция), удерживаемые в электромагнитных ионных ловушках на расстоянии несколько микрон друг от друга. В них генератором колебаний является не излучение, а периодическое изменение квантовых состояний паров атомов, инициируемое лазерным светом ультрафиолетового диапазона. «Рабочая» час­тота таких часов на пять порядков превышает общепринятый цезиевый стандарт, а теоретическая точность может достигать 1 секунды за… 15 миллиардов лет! Если, конечно, это будет кому-то ещё надо.

Статья в тему:  Азовская военная флотилия. Азовская флотилия в годы великой отечественной войны

Атомные часы

Возможно, прежде вам уже приходилось видеть так называемые «наручные атомные часы» — однако в них есть подвох: они отслеживают атомное время, получая радиосигналы от близрасположенных лабораторных атомных часов, принадлежащих государству. Если вы окажетесь за пределами радиуса этих сигналов, вам придётся полагаться на обычные кварцевые механизмы.

Внутри же новых часов «Cesium 133» скрываются настоящие атомные часы на базе цезиевого осциллятора, которые делят каждую секунду ровно на 9,192,631,770 колебаний атома цезия.

Устройство этих часов невозможно было даже представить всего десять лет назад: внутри них скрывается лазер, нагреватель, герметичная капсула с цезиевым газом, микроволновой фильтр и фотодиодный детектор. Благодаря этой начинке, упакованной в один малогабаритный корпус, часы дают беспрецедентный уровень точности – порядка одной секунды в тысячу лет. Это на три порядка точнее любых существующих на сегодняшний день часовых технологий.

Давайте узнаем о них подробнее…

Первые в мире наручные атомные часы, которые были сконструированы Джоном Паттерсоном (John Patterson) и его фирмой Bathys Hawaii, оказались участниками среди множества стартапов на сайте Kickstarter. Несмотря на то, что прототип часов был представлен ещё полгода назад, нынешний их вариант получил более привлекательную вариацию исполнения. Хотя стоит заметить, что эстетический аспект у данного гаджета достаточно слабый или, правильнее сказать, выполнен уж очень «на любителя». Особенно если сравнивать его не только с классическими наручными часами ведущих мировых производителей, но и провести параллель с коллегой по цеху — карманными атомными часами Hoptroff No. 10.

Статья в тему:  Что делать, если ребёнка травят в школе. Моббинг – виды. Моббинг – психология

часы Bathys Hawaii — это всё же уникальный в своём роде наручный гаджет для измерения времени, создание которого было даже трудно представить ещё 10 лет назад, хотя первые стационарные атомные часы появились в 1955 году. Основной конёк изобретения — его точность соответствует стандарту выбранной технологии изготовления часов, а сам производитель обещает погрешность всего в 1 с за каждые 1000 лет работы. Поэтому назвать именно часы причиной опоздания на службу у их владельца попросту не выйдет.

Главный принцип работы, как и в случае с другими подобными атомными устройствами, остался неизменным: по-прежнему в часах имеется герметичная камера, заполненная газообразным изотопом цезий-133, который не представляет радиоактивной угрозы для человеческого организма. При возбуждении лазерами атомов цезия встроенный в конструкцию резонатор измеряет атомные переходы. В классической физике секунда в системе СИ напрямую взаимосвязана с числом периодов электромагнитного излучения при переходе атомов изотопа цезия-133 на новый энергетический уровень.

Циферблат наручного устройства отображает следующие временные промежутки: секунды, минуты, часы и дату. Дополнительно имеется также индикатор фаз луны. В тандеме с модулем-генератором эталонного времени CSAC модели SA.45s выступает кварцевый механизм Ronda 509, который, хоть и не часто, но можно встретить к классических наручных часах. Это необходимо для того, чтобы преобразовывать вычислительную точность CSAC в привычное позиционирование стрелок на аналоговом циферблате.

Статья в тему:  Что делать если разочаровался в человеке. Как не разочароваться в человеке и людях. Как понять, что вы разочарованы

Обновлённая модель часов теперь получила литий-ионный аккумулятор, который способен сохранять заряд при работе в течение 36 часов, а корпус устройства с размерами 60×50×23 мм будет выполнен из углеродного волокна. Предыдущая версия была выполнена из металла, который вряд ли может сравниться по долговечности с новым материалом. На данном этапе стоит внести читателям некоторую ясность в техническом аспекте обсуждаемых часов. То, что они способы показывать точное значение времени 1000 лет — вовсе не означает беспрерывность их работы весь этот период. Время автономной работы строго лимитировано зарядом батареи, которая потеряет свой заряд менее чем через двое суток.

Что касается стоимости, то наручные часы производства Bathys Hawaii стоят на данном этапе в 13 раз дешевле, чем Hoptroff No. 10, однако карманное устройство выполнено в корпусе из золота. Ценник в $6 тыс. актуален при условии, что вы станете владельцем одного из 6 прототипов, выставленных на Kickstarter. В дальнейшем стоимость часов составит уже $10 тыс., а произведённая серия будет строго лимитирована. Первоначальная же стоимость во время презентации в прошлом году была обозначена в $12 тыс. Джон Паттерсон рассчитывает собрать для выпуска первой партии не менее $42 тыс., но пока что эта сумма достигла отметки лишь $15 тыс.

Достаточно неброский вид устройства можно рассматривать как позиционирование часов в стиле стимпанк или даже милитари, о чем свидетельствуют не только строгие, грубые формы гаджета и массивный корпус, но и представленный на фото комплектный ремень.

Статья в тему:  Что обозначает ты уникальный человек. Уникальность уникум уникальный. Дин Карназес – человек, обладающий необычной выносливостью

А вот еще буквально неделю назад национальный институт стандартов и технологий (NIST) министерства торговли США 3 апреля 2014 года ввел в строй новые атомные часы NIST-F2, которые накапливают ошибку в одну секунду в течение 300 миллионов лет. Согласно сообщению NIST, новые часы заменили устаревшие атомные NIST-F1 и будут использоваться в качестве стандарта гражданского времени в США. Ранее данные о NIST-F2 были направлены в Международное бюро мер и весов в Париже, которое признало их самыми точными работающими атомными часами в мире.

Новые американские атомные часы, как и устаревшие NIST-F1, отсчитывают время благодаря квантовым переходам между разными состояниями изолированных групп атомов цезия. Отличительной чертой NIST-F2 является то, что они работают при отрицательной температуре 193 градуса Цельсия, в то время как версия F1 функционирует при температуре плюс 27 градусов Цельсия. Для последних время накопление ошибки в одну секунду составляет сто миллионов лет.

По данным NIST, холодная среда, в которой работают новые атомные часы, существенно снижает воздействие фоновой радиации и позволяет устранить некоторые погрешности в измерениях. Предыдущая версия атомных часов NIST-F1 функционировала и задавала стандарт гражданского времени в США с 1999 года. Стандарт американского военного времени определяется другой организацией ─ Военно-морской обсерваторией США.

В конце августа 2013 года Национальный институт стандартов и технологий США объявил, что его сотрудники разработали часы на основе атомов иттербия, которые по точности в десять раз превосходят все существующие аналоги. Эти часы состоят из десяти тысяч отдельных атомов иттербия, зафиксированных в лазерной оптической ловушке. Температура атомов не превышает одной сотой доли градуса от абсолютного нуля.

Статья в тему:  Призыв после института. Можно ли девушке служить в вооруженных силах РФ

Запуск этих часов осуществляется при помощи специального лазера, который провоцирует переход атомов из одного квантового состояния в другое. Согласно данным измерений, атомные часы на основе иттербия накапливают погрешность в одну секунду за один миллиард лет.

Историческая справка: сначала появились самые простые часы — солнечные, затем песочные, маятниковые, водяные, а в начале 8-го века механические. И лишь в 1952 году изобрели электронные и кварцевые часы.

Кто изобрел первые атомные часы? На фото: Джек Пэрри и Льюис Эссен с первыми атомными часами в 1955 году.

Благодаря свойствам химических элементов, используемых в конструкции, погрешность атомных часов минимальна.

Как работают атомные часы?

В основу работы атомных часов положены атомы цезия, а именно их колебания. Эти частички способны находиться в + и – состояниях. Переходя из одного вида в другой, они создают периодический точный процесс, считающийся регулятором кода часов на основе атомов.

Первые в мире наручные атомные часы Cesium-133.

В атомных часах используется не только элемент цезий. Измерить точное время помимо частиц цезия можно и другими атомами: кальция, стронция, иттербия, йода, водорода, метана, рубидия, тория-229.

Для чего нужны атомные часы?

Более стабильного механизма, чем атомный, в современном мире технологий просто не существует.

⚡ На колебание атомных частиц не влияют ни температурные показатели, ни влажность, ни вибрации, ни многие другие условия внешней среды, атомные механизмы стали незаменимыми помощниками человека во многих сферах деятельности:

Статья в тему:  Блоки в теле: устранение мышечных зажимов. Телесные блоки

атомные часы отвечают за точность времени, получаемого с базовых станций мобильной связи и других сервисов для часовой синхронизации;

благодаря атомным часам возможна работа навигационной системы GPS, Galileo, которая определяет расстояние по времени, необходимому для приема сигнала с орбиты;

с помощью атомных часов определяют местонахождение спутников, зондов, ракет, космических кораблей, подводных лодок и самолетов.

IERS – Международная служба вращения Земли.

Сейчас атомные часы установлены на базовых станциях мобильной связи и в сервисах точного времени. Без них была бы невозможна работа навигационных систем, таких как GPS и ГЛОНАСС, в которых расстояние до точки определяется по времени приема сигнала от спутников.

✔ Система GPS обеспечивает возможность получения точных координат в любое время суток. Она основана на том, что в космосе на геоцентрической орбите есть три спутника с атомными часами, точность которых около одной наносекунды. Они измеряют время, которое радиосигнал проходит от спутников до приемника. Таким образом с помощью времени определяются координаты. Последние окажутся верны, если точные часы на спутниках не будут отставать друг от друга.

Дополнительная секунда в системе коррекции времени

Роль атомных часов в исследованиях космоса. Для корректной навигации время должно быть точным. Ошибка даже в доли секунды означает смещение траектории в сотни тысяч километров. Для космических путешествий в глубоком космосе это критичный показатель. Большинство современных космических станций для навигации использует взаимодействие наземных антенн с атомными часами. Для обеспечения точным бортовым хронометром своих будущих миссий NASA в настоящее время тестирует новую разработку — атомные часы для использования в глубоком космосе (DSAC).

Статья в тему:  Битва под курском. Белгородско-Харьковская стратегическая наступательная операция «Румянцев

атомные часы Deep Space

Почему атомные часы самые точные?

Благодаря замкнутому кругу всех процессов и уникальным свойствам цезия, атомы которого не изнашиваются и не утрачивают свои химические свойства со временем, совершая немыслимое количество переходов с одного энергетического уровня на другой за одну лишь секунду, механизм, созданный на его основе, до сих пор остается самым точным и стабильным на нашей планете.

Синхронизацияя времени с атомными часами. атомные часы relax #boomway А вы знали откуда берется точное время?

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector