Самые точные часы в мире: рейтинг самых точных наручных механических и кварцевых часов |

Содержание

рейтинг самых точных наручных механических и кварцевых часов

Содержание

Мирный атом
Какие наручные часы являются самыми точными?
- Механические часы
- Кварцевые часы
- Электронные часы
Немного о радиоконтроле

Когда-то люди определяли время по солнцу. Солнечные часы давали огромную погрешность, но при том ритме жизни десять минут туда-сюда не имели особого значения. Потом появились всевозможные песочные, водяные и прочие часы, но с их помощью можно было измерять лишь небольшие промежутки времени.

Сейчас мы значительно ускорились, требования к точности показаний времени неимоверно возросли. Ныне погрешность, измеряемая в десятках секунд в сутки, считается высокой. А в некоторых областях нашей жизни имеют значение и доли секунды.

Часовые компании соревнуются друг с другом, пытаясь предложить потребителю самые точные устройства. Но и они находятся в жестких условиях: большинство потребителей не готовы выкладывать сотни тысяч долларов за эталонную точность.

Точность хода часов напрямую зависит от типа устройства. После этого в ход вступают и прочие факторы: угол наклона, воздействие магнитного поля земли, состояние механизма или электроники, аккуратность исполнения и так далее.

Тем не менее давайте посмотрим, какие часы являются самыми точными и можно ли надеть их на руку.

Мирный атом

Самые точные в мире часы – это прибор, принцип действия которого основан на внутримолекулярных (атомарных) процессах. Их так и называют, атомными, реже – молекулярными или квантовыми. В основу большинства известных ныне квантовых часов положены колебания атома цезия-133, так что именно этот элемент является эталоном измерения времени.

Первые атомные часы были созданы более полувека назад, в 1967 году. Сразу с момента изобретения они нашли широчайшее применение в навигации, военной и космической технике, связи и некоторых других областях.

Первые атомные часы

Благодаря изобретению атомных часов человечество узнало многое о времени. Например, стало известно, что наша Земля замедляет вращение. Это замедление исчисляется в долях миллисекунд, однако в свете тысячелетий это уже имеет значение.

Какими бы ни были точными атомные часы, но и они со временем устаревают и нуждаются в усовершенствованиях. Последняя разработка в этом направлении – атомные часы Quantum Logic Clock, созданные в США. На данный момент это самый точный прибор для определения времени на Земле: их погрешность составляет одну секунду за 3,7 миллиарда лет!

Атомные часы – серьезный, дорогой и отнюдь не компактный прибор. Они обычно стационарные, тем не менее на их базе был разработан и наручный вариант.

Первопроходцем в области наручных атомных часов выступила американская корпорация Bathys Hawaii. В 2013 году она презентовала миру первую, достаточно неуклюжую модель, сердцем которой стала капсула, заполненная цезием-133 в газообразном состоянии.

Со временем наручные квантовые приборы стали более стильными и компактными, однако по этим показателям им пока далеко до привычных нам моделей. Да и стоят наручные атомные часы порядка 13 тысяч долларов. В общем, на любителя, зато какая точность!

Слева — первые наручные атомные часы, справа — современная модель

Какие наручные часы являются самыми точными?

Большинство известных нам наручных часов относятся к одной из обширных групп:

Механические. В основу действия таких часов положен механизм с баланс-спиралью, изобретенный гениальным Христианом Гюйгенсом в 1675 году, но сам принцип был разработан еще раньше, в 725 году, в Китае. Механические часы нуждаются в периодическом заводе (или автоподзаводе), обычно при помощи специальной головки. Это самый старый, заслуженный и респектабельный вариант из ныне существующих.
Кварцевые. Так принято называть электромеханические часы, где колебательная система реализована через кристаллы кварца. Питание осуществляется от батарейки. Первой ласточкой, пролетевшей в этом направлении, принято считать Astron, выпущенные Seiko в 1969 году. Сейчас большинство часов со стрелками в низкой и средней ценовой категории являются кварцевыми.
Электронные. Сердцем электронных часов является кварцевый генератор, создающий электромагнитные колебания. Он взаимодействует с микросхемой, а информация о времени и прочих показаниях выводится на жидкокристаллический дисплей. Питание – от миниатюрной батареи. Массовое производство и повальное увлечение электронными часами началось примерно в 70-х годах прошлого столетия.

Принцип работы электронных и кварцевых часов имеет много сходных черт. Более того: некоторые кварцевые часы, помимо классических стрелок, имеют и ЖК-дисплеи. Такие модели называют гибридными.

До изобретения атомных часов Quantum Logic Clock самыми точным в мире являлся так называемый Парижский эталон, пребывающий в Институте Времени. Это тоже квантовые часы, но показывающие время с куда более значительной погрешностью: секунда за тысячу лет.

Механические часы

Механические часы, в большинстве своем, высокой точностью не отличаются: для недорогих моделей погрешность в 7-8 секунд – это уже хороший результат, для элитарных – 2-3 секунды. И это в сутки.

Самые дорогие модели оснащаются механизмом под названием «турбийон», запатентованный французом Бреге в 1801 году (часы «брегет» помните?). Так вот, турбийон частично компенсирует воздействие магнитного поля Земли, что положительно сказывается на точности работы механизма, снижая погрешность до 1-2 секунд в сутки.

Но самыми точными на данный момент механическими часами являются фантастические Zenith Defy Lab, презентованные широкой публике в 2017 году. При их реализации были применены новые технологии и материалы, что позволило достичь сенсационных результатов.

Zenith Defy Lab

Zenith Defy Lab называют величайшим изобретением в часовой индустрии со времен Гюйгенса. И не зря: погрешность хода революционного механизма равна всего 0,3 секунды в сутки!

Запас хода составляет около 60 часов, механизм не нуждается в смазке, демонстрирует высочайшую точность даже в неблагоприятных условиях (например, высоких и низких температурах), не зависит от гравитации и магнитного поля Земли. Сплошные плюшки, только доступна такая роскошь лишь избранным: стоимость таких часиков измеряется в десятках тысяч долларов.

Если же говорить о механике в принципе, то самыми точными признаны часы Ольсена, находящиеся в ратуше Копенгагена. Механизм, состоящий более чем из 14 тысяч элементов, «грешит» лишь на секунду за 600 лет! Очень неплохой показатель, особенно если учесть, что часы Ольсена были созданы еще в 1955 году.

Раньше все часы можно было именовать хронометрами. Все правильно, ведь это приборы для измерения времени («хроноса»). Ныне так называют только особо точные модели, сертифицированные по стандарту COSC. Погрешность механического хронометра не может превышать +6/-4 секунд в день.

Кварцевые часы

Переходим к кварцевым часам. Самые дешевые кварцевые часы точнее дорогого механического хронометра. Обычные качественные модели на кварце дают погрешность в 15 секунд, но это в месяц. А у премиальных кварцевых моделей этот показатель еще ниже, около 1-3 секунд в месяц!

Продвинутые модели демонстрируют еще более высокую точность. За пальму первенства в этой номинации состязаются преимущественно японские гиганты: Casio, Citizen, Seiko и другие. Пока лидирует Citizen со своими шедевральными Chronomaster, дающими погрешность всего в 5 секунд в год.

На точность хода кварцевых часов влияет преимущественно степень износа кварцевого элемента. В целом они показывают куда более высокую устойчивость к внешним воздействиям: магнитному полю, экстремальным температурам, высокому давлению и так далее.

Именно благодаря независимости работы кварцевого генератора такие часы чаще других используются в экстремальных условиях: для туризма, выживания, альпинизма, дайвинга и так далее. Например, механические часы для дайвинга с аналогичными характеристиками будут на порядок дороже кварцевых.

Часы Citizen в каталоге Sunlight

Электронные часы

Как мы уже говорили выше, принцип действия электронных часов (не путать со смарт-часами) основан на колебаниях, создаваемых кварцевым генератором. Так что по точности электронные и кварцевые часы сопоставимы.

Однако у электронных часов есть одно уязвимое место – ЖК-дисплей, который чувствителен к воздействию внешних факторов. Поэтому среди моделей, предназначенных для нужд армии, спасателей, спортсменов-экстремалов и особенно дайверов, чистокровных электронных моделей ощутимо меньше.

Сапфировое стекло, стальной или титановый корпус и заполнение маслом способны нивелировать негативные воздействия, однако это ведет к существенному удорожанию изделия. Подобные предложения имеются в линейке спортивных часов G-Shock от Casio, но бюджетными их точно не назовешь.

Не стоит торопиться отправлять сильно грешащие часы в мусорку. Отнесите их в мастерскую: механику подрегулируют. С кварцевыми и электронными моделями сложнее: как правило, приходится менять износившийся генератор вместе с платой, что не всегда экономически целесообразно.

G-Shock от Casio

Немного о радиоконтроле

Отдельно стоит упомянуть кварцевые и электронные модели, снабженные радиомодулями. Они лоцируют местоположение благодаря связи со спутником, получают сигнал с атомных часов и синхронизируются с ними. То есть, где бы вы ни находились, вы будете знать точное время без погрешностей.

Больше всего подобных моделей предлагают традиционно японские производители. Электронные часы с радиоконтролем стоят значительно дешевле аналогичных приборов со стрелками: неплохую модель можно приобрести всего за 100 долларов. Электромеханика намного дороже. Это вполне объяснимо: изменить циферки на дисплее технически проще, нежели подвести стрелки.

Для реализации большинства наших бытовых целей сверхточность не нужна, так что покупка дорогих часов – это больше демонстрация статуса и уступка собственным хотелкам, нежели насущная необходимость. Но если в вашей жизни важны даже доли секунды, тогда придется взглянуть в сторону сверхточных, но недешевых хронографов!

16.11.21

HOPTROFF – самые точные часы в мире

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, которая и представит первые прототипы под номером 10 в ноябре на часовой выставке SalonQP.


Ричард Хоптрофф

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 CSAC, приводящий в действие карманную модель No 10 от Hoptroff

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 (слева) и в готовом виде (справа)

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. 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.

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.


Прототип усложненного циферблата модели No 10

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.

Источник: журнал Europa Star сентябрь-октябрь 2013

Самые точные часы в мире

В тренде
>
Химия и физика

Самые точные часы в мире получили приз за прорыв в фундаментальной физике 2022 года.

Джун Е, физик из совместного предприятия Национального института стандартов и технологий и Университета Колорадо в Боулдере, разработал инструментальные разработки для изобретения часов на оптической решетке. Е делит эту премию с Хидетоши Катори из Токийского университета, еще одним ученым, изучающим атомные часы.

И оптические, и атомные часы невероятно точны. Атомные часы настолько точны, что теряют одну секунду примерно каждые 100 миллионов лет; для справки, средние кварцевые часы будут отставать на одну секунду каждые пару лет. С другой стороны, часы на оптической решетке Е будут отставать на одну секунду каждые 15 миллиардов лет, что делает их самыми точными часами в мире.

15 миллиардов лет также являются приблизительным возрастом Вселенной, поэтому, если бы часы Йе были на ходу во время Большого взрыва, они отстали бы от сегодняшнего времени всего на одну секунду. Сбивает с толку? Да, но это имеет смысл, если мы рассматриваем часы с точки зрения физики, а не с точки зрения нашего собственного представления о часах.

Оптические часы работают на оптических частотах, которые представляют собой частоты видимого света в электромагнитном спектре. Атомные часы, с другой стороны, измеряют микроволновые частоты атомов. Более высокие частоты позволяют более точно вести хронометраж.

Лазеры используются для охлаждения атомов стронция чуть выше абсолютного нуля, а затем атомы захватываются сеткой лазеров, известной как оптическая решетка (отсюда и название часов). В настоящее время секунда СИ определяется с использованием атомов цезия, но считается, что стронций заменит цезий для создания нового стандарта.

Наличие самого точного в мире прибора для измерения времени не только очень полезно, но и позволяет исследователям понять фундаментальные аспекты Вселенной. Исследователи из лаборатории Йе заметили, что когда часы приближались к земле хотя бы на несколько сантиметров, время, измеряемое часами, двигалось медленнее. Это согласуется со знаменитой теорией относительности Эйнштейна.

Часы на оптической решетке также окажут астрономическое влияние на область астрофизики. Например, возможность точно синхронизировать часы в обсерваториях по всему миру позволила бы исследователям проводить более точные измерения черных дыр, что позволило бы нам лучше понять их. Согласно теории относительности Эйнштейна, время замедляется при приближении к массивным телам. Небольшие изменения во времени, измеряемые оптическими часами, могут сказать нам, есть ли лава под твердой скалой, сколько воды находится под пустыней или приблизительная глубина океана.

Как и многие новые открытия, эта технология существует только в лаборатории, поэтому следующий шаг Е — выяснить, как сделать ее портативной, чтобы ученые где угодно могли использовать его часы.

Источники: Университет Колорадо в Боулдере, NIST, Phys. org

Что самые точные часы в мире могут рассказать нам о Земле и космосе

На этом снимке, любезно предоставленном доктором Эдом Марти, 25 января 2017 года, показаны часы на оптической решетке стронция, хранящиеся в лаборатории Джун Йе в Колорадском университете в Боулдере.

Потребуется 15 миллиардов лет, чтобы часы, которые занимают подвальную лабораторию Джун Е в Университете Колорадо, потеряли одну секунду — примерно столько времени существует Вселенная.

За это изобретение ученый китайско-американского происхождения вместе с Хидетоси Катори из Японии разделят 3 миллиона долларов в качестве со-лауреатов премии 2022 года «Прорыв в фундаментальной физике».

Работая независимо друг от друга, эти двое разработали методы, использующие лазеры для улавливания и охлаждения атомов, а затем используют их вибрации для привода так называемых «оптических решетчатых часов», самых точных из когда-либо созданных часовых механизмов.

Для сравнения, современные атомные часы теряют одну секунду каждые 100 миллионов лет.

Но что дает большая точность?

«Это действительно инструмент, который позволит вам исследовать основную структуру пространства-времени во Вселенной», — сказал Йе AFP.

В лаборатории Йе исследователи показали, что время движется медленнее, когда часы приближаются к земле на несколько сантиметров, в соответствии с предсказаниями теории относительности Эйнштейна.

Применительно к современным технологиям эти часы могут повысить точность GPS-навигации в тысячу раз или помочь плавно посадить беспилотный космический самолет на Марс.

На этой недатированной рекламной фотографии, полученной 8 сентября 2021 года, изображен американский ученый китайско-американского происхождения Цзюнь Йе, изобретатель сверхточных часов.

Краткая история времени

Повышение точности и аккуратности хронометража было целью с тех пор, как древние египтяне и китайцы изобрели солнечные часы.

Ключевой прорыв произошел с изобретением маятниковых часов в 1656 году, которые полагаются на качающийся груз, чтобы отсчитывать время, а несколько десятилетий спустя хронометры стали достаточно точными, чтобы определять долготу корабля в море.

В начале 20-го века появились кварцевые часы, которые при сотрясении электричеством резонируют на очень специфических высоких частотах или с числом тактов в секунду.

Кварцевые часы повсеместно используются в современной электронике, но все же в некоторой степени чувствительны к изменениям, вызванным производственным процессом или такими условиями, как температура.

Следующим большим скачком в хронометрии стало использование движения возбужденных атомов для разработки атомных часов, которые невосприимчивы к воздействию таких изменений окружающей среды.

Физики знают, что одна очень высокая частота заставляет частицы, называемые электронами, вращающиеся вокруг ядра атома определенного типа, переходить в более высокое энергетическое состояние, находя орбиту дальше от ядра.

Атомные часы генерируют приблизительную частоту, которая заставляет атомы элемента цезия переходить в это более высокое энергетическое состояние.

Затем детектор подсчитывает количество этих возбужденных атомов, регулируя частоту, если необходимо, чтобы часы были более точными.

Настолько точно, что с 1967 года одна секунда определяется как 9 192 631 770 колебаний атома цезия.

Исследование Вселенной и Земли

Лаборатории Катори и Йе нашли способы еще больше усовершенствовать атомные часы, переместив колебания в видимый конец электромагнитного спектра с частотами, в сто тысяч раз превышающими те, которые используются в современной атомной энергетике. часы, чтобы сделать их еще более точными.

Они поняли, что им нужен способ захватывать атомы — в данном случае элемента стронция — и удерживать их при сверхнизких температурах, чтобы правильно измерять время.

Если атомы падают под действием силы тяжести или движутся иным образом, это приведет к потере точности, а теория относительности вызовет искажения в хронометраже.

Чтобы поймать атомы, изобретатели создали «оптическую решетку», созданную лазерными волнами, движущимися в противоположных направлениях, чтобы сформировать неподвижную форму, похожую на коробку для яиц.

Йе в восторге от возможного использования своих часов. Например, синхронизация часов лучших обсерваторий мира с точностью до мельчайших долей секунды позволила бы астрономам лучше концептуализировать черные дыры.

Более совершенные часы также могут пролить новый свет на геологические процессы Земли.

Теория относительности говорит нам, что время замедляется, когда оно приближается к массивному телу, поэтому достаточно точные часы могли бы указать ученым разницу между твердой породой и вулканической лавой под поверхностью, помогая предсказать извержение.

Или, конечно, измерить уровень океанов или сколько воды течет под пустыней.