Содержание
Атомная точность . Часы и время [Школьный путеводитель]
Уж до чего точны кварцевые часы, но атомные — несравнимо точнее. В них в качестве «маятника» используются колебания атомов и молекул. В первых атомных часах (они были созданы в 1948 году) роль «маятника» исполняли молекулы сильно разреженного аммиачного газа.
В механических часах маятник делает одно-два колебания в секунду, поэтому часовому механизму работать с ним в паре нетрудно. Совершенно другая картина в часах атомных. Здесь частота колебаний достигает десятков миллиардов в секунду. Сразу использовать такую частоту невозможно. С помощью электронных приборов она снижается во много раз, и лишь после этого ток поступает к электромотору, двигающему стрелки.
За сутки аммиачные часы могут допустить ошибку, равную всего нескольким миллионным долям секунды, то есть погрешность измерения времени посредством этих часов меньше одной секунды за тысячу лет!
Но и это еще не самая большая точность.
Американские ученые создали часы, в которых используются колебания атомов редкого химического элемента цезия. На одну секунду цезивые часы могут ошибиться только за 10 тысяч лет!
Потом появились рубидиевые атомные часы. Точность их столь же велика, как и цезиевых, но занимают они значительно меньше места. Если цезивые размещаются в шкафу, то рубидиевые можно поместить в чемодане.
А не так давно учеными из Калифорнии были созданы водородные атомные часы невообразимой точности. Их ошибка — одна секунда за 30 миллионов лет!
Корпус этих очень точных современных механических часов украшен множеством бриллиантов. Цифры под стеклом также выложены драгоценными камнями
На первый взгляд, цифры на циферблате изображенных здесь часов расставлены как попало. Но часовая стрелка, двигающаяся прыжками, сразу находит нужную цифру
О том, что перед нами женские наручные часы, красноречиво говорит их многоцветная раскраска
А эти часы отличаются тем, что имеют два заводных барабана и рассчитаны на 10-дневный запас хода
Электронные приборы превращают колебания атомов в показания на циферблате атомных часов
Конечно, в повседневной жизни такая точность ни к чему.
Но в астрономии, космонавтике, при изучении строения атома, в морской навигации она крайне необходима. Например, с помощью атомных часов астрономы установили, что вращение Земли вокруг ее оси нельзя считать равномерным. Выяснилось, что наша планета весной вращается чуть медленнее, чем осенью. Изменяется и длина суток — примерно на одну тысячную доли секунды. Таким образом, принимать суточное вращение Земли за образец точности уже не приходится. Рукотворные атомные часы оказались гораздо точнее природных.
Так выглядят атомные часы
Время идет неудержимо. Будут создаваться все новые и новые часы, лучше и точнее прежних, для самых разных целей и задач. История часов продолжается.
Сверхточные цезиевые атомные часы
Атомные часы — Мастерок.жж.рф — LiveJournal
Родиной первых в мире карманных часов со встроенным атомным стандартом времени станет не Швейцария и даже не Япония.
Идея их создания зародилась в самом сердце Великобритании у лондонской марки Hoptroff
Атомные или как их ещё называют «квантовые часы» — это устройство, которое измеряет время, используя для этого собственные колебания, связанные с процессами, происходящими на уровне атомов или молекул. Ричард Хоптроф (Richard Hoptroff) решил, что современным джентльменам, которые проявляют интерес к сверхтехнологичным устройствам, пора бы сменить свои карманные механические часы на нечто более экстравагантное и неординарное, а также отвечающее современным урбанистическим тенденциям.
Так, публике были продемонстрированы элегантные по своему внешнему виду карманные атомные часы Hoptroff No. 10, которые могут удивить современное искушённое обилием гаджетов поколение не только своим ретро-стилем и фантастической точностью хода, но и сроком эксплуатации. По заявлению разработчиков, имея при себе эти часы, вы сможете оставаться самым пунктуальным человеком на протяжении не менее 5 млрд лет.
Что еще можно узнать о них интересного …
Фото 2.
Для всех тех, кто никогда не интересовался подобными часами, стоит вкратце рассказать принцип их действия. Внутри «атомного устройства» нет ничего, что напоминало бы классические механические часы. В Hoptroff No. 10 отсутствуют механические детали как таковые. Вместо этого карманные атомные часы оснащаются герметичной камерой, заполненной радиоактивным газообразным веществом, температура которого находится под контролем специальной печи. Точный отсчёт времени происходит следующим образом: лазеры возбуждают атомы химического элемента, являющегося своего рода «наполнителем» часов, а резонатор фиксирует и измеряет каждый атомный переход. Сегодня базовым элементом подобных устройств является цезий. Если вспомнить систему единиц СИ, то в ней значение секунды связно с количеством периодов электромагнитного излучения при переходе атомов цезия-133 с одного на другой энергетический уровень.
Фото 3.
Если в смартфонах сердцем устройства считается процессорный чип, то в Hoptroff No.
10 данную роль берёт на себя модуль-генератор эталонного времени. Его поставкой занимается фирма Symmetricom, а сам чип изначально был ориентирован на использование в военной отрасли — в беспилотных летательных аппаратах.
Атомные часы CSAC снабжены термостатом с регулированием температуры, внутри которого содержится камера с парами цезия. Под воздействием лазера на атомы цезия-133 начинается их переход из одного энергетического состояния в другое, для измерения которого используется СВЧ-резонатор. С 1967 года Международная система единиц (СИ) определяет одну секунду как 9 192 631 770 периодов электромагнитного излучения, возникающего при переходе между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133. Исходя из этого, сложно себе представить более точные с технической точки зрения часы на цезиевой основе. Со временем, учитывая последние достижения в области измерения времени, точность новых оптических часов на базе иона алюминия, пульсирующего с частотой ультрафиолетового излучения (в 100 000 раз превышающей микроволновые частоты цезиевых часов), в сотни раз превысит точность атомных хронометров.
Выражаясь доступным языком, погрешность хода новой карманной модели No.10 от Hoptroff составляет 0,0015 секунды в год, что в 2,4 миллиона раз превышает стандарты COSC.
Фото 4.
Функциональная сторона устройства также на грани фантастики. С его помощью можно узнать: время, дату, день недели, год, широту и долготу в разных величинах, давление, влажность, звездные часы и минуты, прогноз приливов и многие другие показатели. Часы поставляются в золотом исполнении, а для создания их корпуса из драгоценного металла планируется использовать трехмерную печать.
Ричард Хоптроф искреннее полагает, что именно данный вариант производства своего детища является наиболее предпочтительным. Чтобы немного изменить дизайнерскую составляющую конструкции, вовсе не нужно будет перестраивать производственную линию, а использовать для этого функциональную гибкость печатающего 3D-устройства. Правда, стоит отметить, что показанный прототип часов был изготовлен классическим способом.
Фото 5.
Время нынче стоит очень дорого, а карманные часы Hoptroff No. 10 — тому прямое подтверждение. По предварительной информации, первая партия атомных устройств составит 12 единиц, а что касается стоимости, то цена за 1 экземпляр будет составлять $78 000.
Фото 6.
По словам Ричарда Хоптроффа, управляющего директора марки, лондонская прописка Hoptroff сыграла ключевую роль в возникновении этой идеи. “В своих кварцевых механизмах мы используем высокоточную колебательную систему с сигналом GPS. Но в центре Лондона не так-то просто поймать этот самый сигнал. Однажды во время поездки в Гринвичскую обсерваторию я увидел там атомные часы Hewlett Packard и решил приобрести себе нечто подобное через Интернет. И не смог. Вместо этого мне на глаза попалась информация о чипе компании Symmetricon, и после трех дней раздумий я понял, что он прекрасно подойдет для карманных часов”.
Чип, о котором идет речь, представляет собой цезиевые атомные часы SA.
45s (CSAC), принадлежащие к первому поколению миниатюрных атомных часов для GPS-приемников, ранцевых радиостанций и беспилотных аппаратов. Несмотря на свои скромные габариты (40 мм х 34,75 мм), в наручные часы он все же вряд ли поместится. Поэтому Хоптрофф решил оснастить ими карманную модель довольно солидных размеров (82 мм в диаметре).
Помимо звания самых точных часов в мире, Hoptroff No 10 (десятый по счету механизм марки) претендует также на первый золотой корпус, изготовленный с использованием технологии 3D-печати. Хоптрофф пока не может с точностью сказать, сколько золота потребуется для изготовления корпуса (работа над первым прототипом завершилась, когда номер уже ушел в печать), но предполагает, что его стоимость составит “минимум несколько тысяч фунтов”. А учитывая весь тот объем научных исследований, потребовавшихся для разработки продукта (взять хотя бы функцию расчета приливов и отливов по гармоническим постоянным для 3 тыс. различных портов), можно ожидать, что его конечная розничная цена составит около 50 тыс.
фунтов стерлингов.
Золотой корпус модели No 10 на выходе из 3D-принтера и в готовом виде
Покупатели автоматически становятся членами эксклюзивного клуба и должны будут подписать письменное обязательство не использовать чип атомных часов как оружие. “Это одно из условий нашего договора с поставщиком, — объясняет г-н Хоптрофф, — поскольку изначально атомный чип применялся в системах наведения ракет”. Не так уж много за возможность получить часы с безупречной точностью.
Счастливые обладатели No.10 от Hoptroff получат в свое распоряжение гораздо больше, чем просто высокоточные часы. Модель также выполняет функцию карманного навигационного устройства, позволяющего определить долготу с точностью до одной морской мили даже после многолетнего пребывания в море при помощи простого секстанта. Модель получит два циферблата, однако дизайн одного из них пока держится в секрете. Другой же представляет собой круговерть счетчиков, отображающих целых 28 усложнений: от всех возможных хронометрических функций и указателей календаря до компаса, термометра, гигрометра (прибора для измерения уровня влажности), барометра, счетчиков широты и долготы и индикатора времени прилива/отлива.
И это не говоря уже о жизненно важных индикаторах состояния атомного термостата.
У Hoptroff в планах производство ряда новых продуктов, в числе которых электронная версия легендарных усложненных часов Space Traveller Джорджа Дэниэлса. Сейчас над ними ведется работа, цель которой — интегрировать в часы технологию Bluetooth для сохранения личной информации владельца и обеспечения автоматической настройки таких усложнений, как индикатор фаз Луны.
Первые экземпляры No.10 появятся уже в следующем году, а пока компания занимается поиском подходящих партнеров среди ретейлеров. “Мы, конечно, могли бы попытаться продавать их через Интернет, но это модель премиум-класса, поэтому, чтобы по достоинству оценить эти часы, их все же нужно подержать в руках. А значит, нам все-таки придется воспользоваться услугами ретейлеров, и мы готовы начать переговоры”, — говорит в заключение г-н Хоптрофф.
Ричард Хоптрофф
[источники]
источники
http://www.
3dnews.ru/803836
http://www.hoptroff.com/products/no-10
http://www.europastarwatch.ru/magazine/features/3908-lab-hoptroff-the-world-s-most-accurate-watch.html
Давайте вспомним еще про Швейцарские часы в китайской гробнице и удивительные Часы — пропеллер. Вот еще наручные часы, показывающие точные движения планет, а вот 25 фантастических часов и Часы из дерева. Шутки ради когда то показывал вам Часы, рисованные на бумажках плюс Часы из человечков и даже Часы из голых человечков
Оригинал статьи находится на сайте ИнфоГлаз.рф Ссылка на статью, с которой сделана эта копия — http://infoglaz.ru/?p=87842
Tags: Техника
Самые точные из когда-либо созданных атомных часов — это куб из квантового газа. Самые точные из когда-либо созданных атомных часов были созданы путем размещения атомов стронция в виде сетки, а затем складывания этих сеток, как блинов.
Большинство атомных часов используют атомы изотопа цезия-133. Течение времени измеряется микроволнами, испускаемыми электронами вокруг этих атомов, перескакивающих с более низкой орбиты на более высокую по мере того, как они поглощают, а затем теряют энергию лазера.
Но эти часы ограничены в том, как точно они могут делить время, потому что, когда электроны цезия перескакивают из одного состояния в другое, они испускают излучение с частотой всего 9 гигагерц, или 9 миллиардов циклов в секунду. Электроны в атомах стронция излучают излучение с частотой 429 500 гигагерц.
Рекламный номер
«В 2014 году самые точные оптические часы в мире не отставали и не отставали ни на одну секунду за весь возраст Вселенной», — говорит Джун Е из Колорадского университета в Боулдере. Предыдущие цезиевые часы показывали время с точностью до секунды в течение 300 миллионов лет.
Теперь группа Йе построила стронциевые часы, которые настолько точны, что из каждых 10 квинтиллионов тактов только 3,5 будут рассинхронизированы — это первые атомные часы, достигшие такого уровня точности.
Управление атомами
Чтобы построить более точные часы, Е и его команда разработали трехмерную структуру, позволяющую измерять сигналы от большего количества атомов одновременно в пределах ширины лазерного луча. Но если вы упакуете слишком много, сигнал может быть размыт из-за столкновений между атомами.
Решетка позволила исследователям исследовать атомы, которые были гораздо более плотно упакованы вместе — 10 триллионов атомов на кубический сантиметр по сравнению с предыдущими часами с 10 миллиардами атомов на кубический сантиметр — и лучше контролировать взаимодействие этих атомов, сводя к минимуму частоту их столкновений. друг в друга.
Они охладили атомы до -273˚C и заперли каждый в своем месте, чтобы контролировать взаимодействие между ними. «Представьте себе сценарий, в котором у вас есть жилье на одного человека в городском квартале. В каждом доме живет один человек, соседей никогда не пускают», — говорит Е. «Каждый атом соответствует одному конкретному месту».
Йе говорит, что сверхнизкие температуры превращают атомы в так называемый квантовый газ. «Когда атомы в газовой фазе очень горячие, они расходятся и сталкиваются друг с другом», — говорит он. «Это меняется, когда вы снижаете температуру газа настолько, что эти частицы начинают двигаться как волны — они начинают избегать друг друга».
Время покажет
Более точные часы позволят нам проверять такие теории, как общая теория относительности Эйнштейна, которая говорит, что часы идут по-разному, если на них действуют разные гравитационные силы, и искать гравитационные волны, которые изменяют ход времени в глубинах пространство.
Несмотря на то, что это самые точные атомные часы из когда-либо созданных, они еще недостаточно проработали, чтобы подтвердить, насколько точными они останутся с течением времени, говорит Йе.
Кристиан Лисдат из Physikalisch-Technische Bundesanstalt в Германии интересуется, как расположение трехмерной решетки повлияет на точность часов, но он убежден, что результаты достоверны. «Это впечатляющая демонстрация того, что можно сделать», — говорит Лисдат.
Ссылка на журнал: Science , DOI: 10.1126/science.aam5538
Читать подробнее : О времени: Самые точные часы в мире
В статью внесены изменения 9 ноября 2017
Мы исправили механизм эмиссии частоты атомных часов.
Еще по этим темам:
- общая теория относительности
- квантовая наука
- гравитационные волны
- время
Ученые приближаются к новому определению длины секунды : NPR
Ученые приближаются к новому определению длины секунды Группа ученых из Боулдера, штат Колорадо, сравнила три разных атомных часа.
Это шаг к переопределению длины секунды.
- NPR Один
- Подкасты Apple
- Спотифай
- Подкасты Google
- Амазонка Музыка
- Амазонка Алекса
- RSS-ссылка
Наука
Ученые приближаются к переопределению длины секунды
Ученые провели новые более точные сравнения между типами атомных часов.
Джун Йе
скрыть заголовок
переключить заголовок
Джун Йе
Ученые провели новые более точные сравнения между типами атомных часов.
Джун Йе
Ученые на один шаг приблизились к переопределению длины секунды.
Для этого они используют атомные часы.
Атомные часы, которые выглядят как нагромождение лазеров и проводов, работают, используя естественные колебания атомов, причем каждый атом «тикает» с разной скоростью.
Современные удобства, включая мобильные телефоны, Интернет и GPS, стали возможными благодаря тиканию атомных часов.
«Каждый раз, когда вы хотите определить свое местоположение на планете, вы спрашиваете, сколько сейчас времени, по атомным часам, установленным на спутнике, который является нашей системой GPS», — Колин Кеннеди, физик из Boulder Atomic Clock Optical. Network (BACON) Collaboration, сообщает NPR Все учтено .
Всемирные стандартные атомные часы в течение десятилетий основывались на атомах цезия, которые отсчитывают около 9 часов.миллиард раз в секунду.
Но более новые атомные часы, основанные на других элементах, тикают намного быстрее — это означает, что можно разделить секунду на все более и более мелкие кусочки.
Эти новые атомные часы в 100 раз точнее цезиевых часов. Но было важно сравнить их друг с другом — чтобы «убедиться, что часы, построенные здесь, в Боулдере, такие же, как часы, построенные в Париже, Лондоне или Токио», — говорит он.
«В конечном счете, цель состоит в том, чтобы переопределить секунду с точки зрения более точного и точного эталона, с помощью которого мы сможем проводить более точные и точные измерения», — говорит Кеннеди.
Это означает наличие часов, которые, если перевести их на миллиарды лет назад до начала Вселенной, будут отставать всего на секунду, добавляет физик Джун Йе, который также принимал участие в сотрудничестве.
Как написали на прошлой неделе в научном журнале Nature ученые из BACON, в которую входят исследователи из Университета Колорадо в Боулдере и Национального института стандартов и технологий, они сравнили три атомных часа следующего поколения, в которых используются разные элементы: алюминия, стронция и иттербия.