7
Určitě jste už někdy slyšeli pojem atomové hodiny, ale nevíte přesně, co to znamená a kde se nacházejí. V tomto článku vám prozradíme, odkud tyto hodiny dodávají přesný čas, a pár zajímavostí o atomových hodinách.
Umístění atomových hodin
V Německu jsou v provozu hned čtyři atomové hodiny. Všechny se nacházejí ve Fyzikálně-technické federální instituci v Braunschweigu.
- Jedny z nich, cesiové hodiny CS2, nám poskytují přesný čas již od roku 1991. Vaše rádiové hodiny doma nebo na ruce přijímají přesný čas například z těchto atomových hodin.
- V Rakousku je v provozu několik atomových hodin. Za ně odpovídá Spolkový úřad pro měřnictví a geodézii se sídlem ve Vídni.
- Atomový čas TAI pochází z atomových hodin ve Švýcarsku. Laboratoř pro čas a frekvenci Spolkového úřadu pro metrologii ve Wabernu u Bernu provozuje rovněž několik atomových hodin.
Zajímavosti o atomových hodinách
Atomové hodiny jsou známé svou velmi přesnou časovou přesností. Tento čas je standardizován, a to od roku 1967. Jednotkou času je v tomto případě sekunda.
- Jedna sekunda odpovídá přesně 9 192 631 770 mikrovlnným kmitům cesiového záření. Tyto kmity jsou základem našich atomových hodin a našeho času.
- Fungování atomových hodin je, jak se dá očekávat, založeno na fyzice, ale také na chemii. V dnešních atomových hodinách se používá izotop cesia 133.
- Samotný princip fungování je složitý. Zjednodušeně řečeno, atomové hodiny se stejně jako všechny ostatní hodiny skládají z počítadla a generátoru signálu.
- Cesium funguje v atomových hodinách jako generátor signálu. Nejprve se odpaří v peci a poté se ve vakuu soustředí do paprsku. Atomy cesia se pak nacházejí v základním stavu.
- V magnetickém mikrovlnném poli atomy s určitou pravděpodobností mění svůj stav a poté se počítají.
- Mikrovlnné pole se nastaví tak, aby se napočítalo co nejvíce atomů. To je za sekundu již zmíněných 9 192 631 770 mikrovlnných kmitů.
- Čas je tak přesný, protože frekvence záření přechodů atomů cesia je téměř konstantní. Díky tomu má atomové hodiny v Braunschweigu odchylku pouze 13 miliardtin sekundy za rok.
- Atomové hodiny ostatně neexistují teprve od definice jednotky času sekundy v roce 1967.
- První atomové hodiny byly vyvinuty již v roce 1949, a to v National Bureau of Standards ve Spojených státech. Tehdejším generátorem taktu však nebyly atomy cesia, ale molekuly amoniaku.
Proč atomové hodiny určují náš život
Bez atomových hodin by náš každodenní život doslova ztratil rytmus. Ačkoli zůstávají neviditelné, mnoho moderních systémů přímo závisí na jejich přesnosti.
- GPS navigace: Satelity vypočítávají vzdálenosti na základě přesných časových rozdílů. Již odchylka v řádu miliardtin sekundy by mohla způsobit chybu v určení polohy o několik metrů.
- Telekomunikace: Mobilní sítě a internetové služby synchronizují datové pakety pomocí atomového času.
- Elektrická síť: Frekvence sítě a rozložení zátěže jsou založeny na přesné časové synchronizaci.
- Finanční trhy: Burzy a obchodní systémy potřebují pro transakce časová razítka s přesností na milisekundy.
Mezinárodní koordinace času pomocí atomových hodin tak zajišťuje pořádek v digitálně propojeném světě.
Přesnost v porovnání: atomové, křemenné a mechanické hodiny
Jak přesné jsou atomové hodiny ve skutečnosti – a jak si vedou ve srovnání s jinými měřiči času?
- Mechanické hodiny se mohou denně odchýlit o několik sekund, zatímco křemenné hodiny ztrácejí jen několik sekund za měsíc. Naopak cesíkové atomové hodiny se za miliony let nezpozdí ani o sekundu.
- Moderní optické atomové hodiny jsou ještě přesnější: pomocí laserového světla měří kmitání atomů, jako je stroncium nebo yttrium, a dosahují stability, při které by se odchýlily o jednu sekundu až po více než 30 miliardách let.
