6
Наверняка вы уже слышали термин «атомные часы», но не знаете, что он означает, и не знаете, где они находятся. В этой статье мы расскажем вам, откуда эти часы показывают точное время, и дадим немного информации об атомных часах.
Местонахождение атомных часов
В Германии работает сразу четыре атомных часы. Все они находятся в Федеральном физико-техническом институте в Брауншвейге.
- Один из них, цезиевые часы CS2, с 1991 года показывают нам точное время. Ваши радиочасы дома или на руке получают точное время, например, от этих атомных часов.
- В Австрии эксплуатируется несколько атомных часов. Ответственность за это несет Федеральное ведомство по калибровке и измерениям со штаб-квартирой в Вене.
- Атомное время TAI происходит от атомных часов в Швейцарии. Лаборатория времени и частоты Федерального ведомства по метрологии в Ваберне под Берном также эксплуатирует несколько атомных часов.
Интересные факты об атомных часах
Атомные часы известны своей высокой точностью. Это время стандартизировано с 1967 года. Единицей измерения времени является секунда.
- Одна секунда соответствует точно 9 192 631 770 микроволновым колебаниям цезиевого излучения. Эти колебания являются основой наших атомных часов и нашего времени.
- Основой функционирования атомных часов, как и следовало ожидать, является физика, но также и химия. В современных атомных часах используется изотоп цезия 133.
- Сам механизм работы сложен. Упрощенно говоря, атомные часы, как и любые другие часы, состоят из счетчика и генератора тактовых импульсов.
- Цезий в атомных часах выполняет функцию генератора тактовых импульсов. Сначала он испаряется в печи, а затем в вакууме объединяется в пучок. Атомы цезия находятся в основном состоянии.
- В магнитном микроволновом поле атомы с определенной вероятностью меняют свое состояние, а затем подсчитываются.
- Микроволновое поле настраивается таким образом, чтобы подсчитать как можно больше атомов. Это составляет 9 192 631 770 микроволновых колебаний в секунду, как уже упоминалось выше.
- Время так точно, потому что частота излучения переходов атомов цезия практически постоянна. Таким образом, атомные часы в Брауншвейге имеют отклонение всего в 13 миллиардных долей секунды в год.
- Кстати, атомные часы появились не только после определения единицы времени «секунда» в 1967 году.
- Первые атомные часы были разработаны еще в 1949 году в Национальном бюро стандартов США. Однако в то время в качестве генератора тактовых импульсов использовались не атомы цезия, а молекулы аммиака.
Почему атомные часы определяют нашу жизнь
Без атомных часов наша повседневная жизнь буквально вышла бы из ритма. Хотя они остаются невидимыми, многие современные системы напрямую зависят от их точности.
- GPS-навигация: спутники рассчитывают расстояния на основе точных временных различий. Даже отклонение в миллиардную долю секунды может привести к погрешности в определении местоположения в несколько метров.
- Телекоммуникации: мобильные сети и интернет-сервисы синхронизируют пакеты данных с помощью атомного времени.
- Электросеть: частота сети и распределение нагрузки основаны на точной синхронизации времени.
- Финансовые рынки: биржи и торговые системы нуждаются в точности до миллисекунд для регистрации времени транзакций.
Таким образом, международная координация времени с помощью атомных часов обеспечивает порядок в цифровом сетевом мире.
Сравнение точности: атомные, кварцевые и механические часы
Насколько точны атомные часы на самом деле и как они сравниваются с другими часами?
- Механические часы могут отставать на несколько секунд в день, а кварцевые часы — всего на несколько секунд в месяц. А вот цезиевые атомные часы отстают менее чем на одну секунду за миллион лет.
- Современные оптические атомные часы еще более точны: с помощью лазерного света они измеряют колебания атомов, таких как стронций или иттербий, и достигают такой стабильности, что отклоняются на одну секунду только через 30 миллиардов лет.
