Содержание
Точная время — NIST представляет новую атомные часы с потенциалом, чтобы точное время для 300m лет
Точные время специалисты, Galleon системы, оценить последствия нового атомных часов NIST в.
NIST (Национальный институт стандартов и технологий) выявил новую атомные часы, утверждая, что он имеет возможность поддерживать точное время в течение следующих 300 миллионов лет.
Дублированный NIST-F2, новый Атомные часы был назван в качестве наиболее точного хронометража аппарата, когда-либо и станет США гражданское время и стандарты частоты.
NIST F2 Атомные часы.
Разработчики NIST-F2 сделали атомные часы, свободной от всякой фонового излучения неисправностей. Часы считается, по крайней мере в три раза точнее, чем существующие NIST-F1, которая поставляла «официальный» источник времени в США для 15 лет, будучи введены в 1999.
Начальник NIST время и частотным разделением, Томас О’Брайен, отметил, что NIST-F2 настолько точен, он имеет потенциал для поддержания точного времени в течение 300 миллионов лет.
За это время он утверждал, что атомные часы NIST-F2 бы не потерять, или усиления, ни секунды.
В официальном заявлении, г-н О’Брайен сказал: «Ученые NIST уже работают на следующего поколения атомных часов, которые будут еще лучше. Так, в то время как мы празднуем это достижение, один из бремени бытия атомные часы ученый, что вы в курсе, что конкуренция всегда впереди вас «.
Физик Стивен Jefferts, кто ведущий дизайнер NIST-F2, сказал: «Если мы узнали что-либо в последние годы 60 строительства атомных часов, мы узнали, что каждый раз, когда мы строим лучшую часы, кто-то приходит с использованием для него, что вы не могли предвидеть «.
NIST планирует работать новый атомные часы NIST-F2, и существующий NIST-F1, одновременно с его территории базы в Боулдере, штат Колорадо. При эксплуатации часов одновременно они надеются измерить, какой из них обеспечивает наиболее точное время и записывать результаты. Каждые часы, использует атомы цезия установить точную продолжительность секунды.
При изучении атом цезия, NIST исследователи вычислить частоту конкретного перехода в атоме цезия — что превышает более чем 9.1 млрд колебаний в секунду — для описания одной секунды.
Г-н О’Брайен говорит, что более точное время достигается F2, так как температура среды, окружающей это было уменьшено.
Как достичь точного времени
Что лучший способ достичь точного времени?
К сожалению, атомные часы не предназначены, чтобы поместиться в стандартном номере сервера. Поэтому, для того, чтобы извлечь точного времени от атомных часов, новую стратегию пришлось быть разработаны.
Лучший способ добиться точного времени через распространенных устройств на рабочих местах, таких как компьютеры, чтобы установить выделенный сервер времени NTP. Galleon Systems ‘серверы времени NTP, такие как NTS-6001-GPSПолагаться на UTC для синхронизации времени.
UTC точность сохраняется атомными часами и с наличием сервером времени NTP, точное время UTC можно получить и ваш выделенный сервер времени NTP будет распространять эту точное время по всей компьютерной сети.
Хотите точное время в вашем рабочем месте? Посещение www.galsys.co.uk и выбрать новый, выделенный сервер времени NTP сегодня …
Если вам понравилась эта статья, пожалуйста рассмотреть вопрос об обмене его!
Связанные Чтение
Эвелина Цегельник Как люди узнают точное время
Тик-так
Художник Светлана Антропова [в пампасы]
| |
Чтоб не опоздать на урок. А ещё? Чтобы не пропустить любимую телепередачу. А знаешь
За её глухими стенами, под стеклянным колпаком был помещён маятник. А сам механизм
При расчётах точного времени учёные всегда
Этот будильник прячется от владельца. Очень смешно!
./img/logo_chudo2.gif»>атомных часов, разделенных всего несколькими сантиметрами, измеряют разные скорости времени. Как и предсказывал Эйнштейн
Связь между теорией относительности и квантовой механикой была черным ящиком для мира физики на протяжении десятилетий. Частично это связано со сложностью сбора данных о системах, которые взаимодействуют между собой. Относительность — это царство сверхмассивного, тогда как квантовую механику лучше всего можно описать как царство крохотного. Но на самом деле есть одна конкретная область, в которой они пересекаются. Одним из результатов теории относительности является то, что гравитация может влиять на течение времени. Этот эффект, широко известный как «замедление времени», в настоящее время изучается исследователями из Национального института стандартов и технологий (NIST) в США с использованием чрезвычайно точных атомных часов.
Замедление времени само по себе является общепризнанной концепцией. Это даже не первый раз, когда инженеры NIST доказывают это с помощью атомных часов. Концептуально замедление времени означает, что сама гравитация замедляет время. Таким образом, объект, испытывающий сильную гравитацию, будет испытывать меньше времени.
Один из самых известных примеров этой концепции, вероятно, был запечатлен в фильме «Интерстеллар». Герои оказываются в пустынном мире в поисках исследователя, который провел на поверхности планеты всего несколько часов, в то время как на Земле прошли годы. В случае с фильмом это замедление времени связано с высокой гравитацией, вызванной черной дырой рядом с планетой, но те же эффекты можно наблюдать в мельчайших масштабах даже здесь, на Земле.
UT видео, описывающее замедление времени.
В прошлом ученые NIST доказали это, измерив замедление времени двух атомных часов, расположенных друг над другом на расстоянии всего 33 см (1 фут) друг от друга. Даже на таком небольшом расстоянии они могли обнаружить заметные изменения гравитации. Теперь для следующего трюка они сузили это расстояние до миллиметра.
Наличие двух отдельных атомных часов, расположенных близко друг к другу, физически невозможно, поэтому доктор Цзюнь Е и его команда разработали новые часы специально для этого эксперимента. Обычно эти устройства используют вибрацию определенного типа атома для отсчета времени. Само определение секунды основано на колебаниях атома цезия.
Исследователи использовали структуру, известную как «оптическая решетка», которая содержит около 100 000 отдельных атомов стронция в определенной структуре. Важно отметить, что они также разработали систему визуализации, которая могла бы внимательно следить за верхом и низом решетки, которую можно рассматривать как похожую на стопку блинов, только в атомном масштабе.
Расстояние между верхом и низом оптической решетки составляет всего миллиметр, что делает его самым маленьким расстоянием, которое когда-либо наблюдалось в экспериментах такого типа.
Кредит — Канал NIST YouTube
Тем не менее, была ощутимая разница во времени, испытываемом верхней частью решетки по сравнению с нижней. Это было всего 0,00000000000000000001 секунды, но ученые определенно считали. Это соответствовало ожиданиям относительно того, что говорит общая теория относительности.
Доказательство теории, которая уже была проверена десятки раз, было не единственным результатом эксперимента.
Техника, которую использовали исследователи, указывает на потенциальную возможность создания часов, которые будут в 50 раз точнее, чем любые существующие сегодня. Опять же, это может показаться излишеством, поскольку большинства атомных часов более чем достаточно для измерения чего-либо в нашем макромире. Но в порядке квантовой механики само время становится забавным, поскольку небольшие различия в гравитации на минимальных расстояниях являются фактором, вмешивающимся в наше понимание этой области. Более точные часы потенциально могут исследовать эти небольшие расстояния способом, который никогда не был возможен раньше, и эти новые атомные часы на основе «атомного облака» могут быть одним из способов сделать это.
Прежде чем проводить такие эксперименты, необходимо повысить точность на порядок. Но при удаче, решимости и постоянном финансировании более совершенные атомные часы могут проложить путь к разгадке одной из величайших загадок физики.
Узнать больше:
NIST — Атомные часы JILA измеряют общую теорию относительности Эйнштейна в миллиметровом масштабе
Природа — атомные часы измеряют общую теорию относительности Эйнштейна в миллиметровом масштабе
Новости науки — Атомные часы измеряют, как общая теория относительности искажает время на миллиметр
Chowdera — Nature обложка подтверждает общую теорию относительности в миллиметровом масштабе
Ведущее изображение:
Экспериментальная установка атомных часов, использующая облако атомов стронция
Авторы и права — Р.
Джейкобсон / NIST
Вот так:
Нравится Загрузка..
Суперчасы, определяющие время
Загрузка
Deep Civilization | Время
Суперчасы, определяющие время
(Изображение предоставлено Getty Images)
Ричард Фишер
28 июля 2022
Откуда мы знаем время… точно? «Этот вопрос сложнее, чем кажется на первый взгляд», — говорит Ричард Фишер.
I
Я смотрю на предупреждающий знак внутри лаборатории в Лондоне. «Не прикасайтесь к мазеру», — говорится в нем. Он прикреплен к высокому черному ящику на колесах, закрепленному в стальном защитном кожухе.
Оказывается, это довольно важная коробка, и знак здесь не просто так. Это не опасно, но если бы я вмешался в устройство, оно могло бы просто нарушить само время.
Это одно из немногих подобных устройств, хранящихся в Национальной физической лаборатории на юго-западе Лондона, помогающее гарантировать, что мир имеет точное общее чувство секунд, минут и часов.
Их называют водородными мазерами, и они являются чрезвычайно важными атомными часами. Наряду с примерно 400 другими, разбросанными по всему миру, они помогают миру определить, который час прямо сейчас, с точностью до наносекунды. Без этих часов — и окружающих их людей, технологий и процедур — современный мир медленно погрузился бы в хаос. Для многих отраслей и технологий, на которые мы полагаемся, от спутниковой навигации до мобильных телефонов, время является «скрытой полезностью».
Итак, как мы пришли к этой общей системе отсчета времени, как она остается точной и как она может развиваться в будущем? Ответы включают взгляд за пределы циферблата, чтобы узнать, что такое время на самом деле. Копните немного глубже, и вскоре вы обнаружите, что время — это скорее человеческая конструкция, чем кажется на первый взгляд.
Вам также может понравиться:
- Как жить без времени
- Что мы ошибаемся во времени
- Преимущества использования «глубокого времени»
Не всегда у всех в мире было одинаковое время.
На протяжении веков это было невозможно, и время можно было определить только локально по ближайшим часам. В одном месте был полдень, а дальше по дороге было 12:15. Еще в 1800-х годах в США использовались сотни различных стандартов времени, определяемых городами и местными железнодорожными управляющими.
Частично причина заключалась в том, что не было реального способа синхронизировать все часы в стране, не говоря уже о всей Земле. На протяжении большей части истории человечества это не имело значения: люди работали, когда им было нужно, не ездили далеко, и если они хотели узнать время, они могли узнать, проверяя ближайшие солнечные часы, городские часы или слушая церковные часы. колокола или призыв к молитве.
Падающий красный шар в Гринвиче использовался для распространения времени по всему Лондону в 13:00 каждый день, в то время как часы Shepherd Gate Clock показывали GMT напрямую публике. (Фото: Alamy)
стало ясно, что так продолжаться не может. В некоторых случаях это было смертельно.
Например, в Новой Англии в середине 1800-х годов два поезда столкнулись лоб в лоб, в результате чего погибли 14 человек, потому что один из кондукторов пользовался «плохими заимствованными часами», которые не соответствовали часам его коллеги.
Чтобы работать эффективно, развивающимся экономикам требовалось лучшее общее представление о точном времени: чтобы фабрики могли нанимать рабочую силу в одно и то же время, поезда могли отправляться и прибывать в нужное время, а банкиры могли отмечать время финансовых транзакций.
Как однажды заметил историк Льюис Мамфорд, именно часы, а не паровой двигатель, были самой важной машиной промышленной революции. Паровые двигатели могли питать фабрики и транспорт, но они не могли синхронизировать людей и их деятельность.
Какое-то время главным арбитром этого нового общего времени был Гринвич в Лондоне. Усовершенствованные механические часы, хранившиеся там, показывали «истинное» время: среднее время по Гринвичу (GMT). В 1833 году хронометристы добавили шар к мачте Королевской Гринвичской обсерватории в Лондоне.
Он опускался каждый день в 13:00, чтобы торговцы, фабрики и банки могли скорректировать свои дрейфующие часы.
Несколько лет спустя GMT распространили по телеграмме по всей стране как «железнодорожное время», что обеспечило синхронизацию всей железнодорожной сети Великобритании. В 1880-х годах сигнал времени по Гринвичу был отправлен через Атлантику по подводному кабелю в Гарвард в Кембридже, штат Массачусетс. А на Международной меридианной конференции в Вашингтоне, округ Колумбия, более 25 стран решили, что GMT должно стать международным стандартом времени.
PIP, PIP
В начале 20-го века BBC начала играть роль в распространении точного общего времени. Когда корпорация начала транслировать радио по всему миру, она включала в себя серию «пипсов» по часам, которые в свое время генерировались в Гринвиче. Сегодня их создает BBC, а всего их шесть, причем час отмечается началом последней, более длинной точки. В некоторых других странах они тоже есть: например, в Финляндии они известны как «конек».
К сожалению, цифровое радио снижает точность настройки часов, поскольку преобразование сигнала добавляет небольшую задержку.
Однако по прошествии десятилетий стало ясно, что требуется лучший способ синхронизации времени. Хронометристы Гринвича, возможно, заявляли, что работают с одними из самых точных часов в мире, но они основывали свои расчеты на ненадежном источнике: времени, которое потребовалось Земле, чтобы совершить один оборот.
Чтобы показывать точное время, все часы требуют периодического, повторяющегося процесса — будь то качание маятника или электронные колебания кристалла кварца. Часы в Гринвиче были откалиброваны с использованием времени, которое потребовалось Солнцу, чтобы достичь того же положения на небе через день. Таким образом, их маятником была сама Земля, вращающаяся с, казалось бы, предсказуемой скоростью. (Это также относилось к универсальному времени, которое заменило GMT в 1928.)
Однако в 20 веке ученые поняли, что вращение нашей планеты с годами ускоряется и замедляется из-за гравитационного воздействия Луны, Солнца и других планет, геологических сдвигов в ядре и мантии и даже океанических и климатические изменения.
В 1900 году он вращался в среднем почти на 4 миллисекунды медленнее, чем на рубеже 21-го века. Таким образом, хотя лучшие в мире хронометристы могли претендовать на большую точность, чем обычные наручные или напольные часы, сами они ошибались в отношении «истинного» времени.
Атомное время
Примерно в то же время квантовые физики предположили, что атомы могут содержать гораздо лучший способ измерения времени, чем вращение Земли. Примените определенную частоту электромагнитного излучения к атому, и его энергетические уровни изменятся. Вы можете использовать электронный счетчик, чтобы отслеживать эти переходы. Подобно качающемуся маятнику, это обеспечивает стабильный периодический процесс, по которому можно рассчитать шкалу времени. Это окажется основой для «атомных часов».
Атомные часы показывают время гораздо точнее, чем любые часы, основанные на вращении Земли, настолько точные, что если бы мы полностью основывали на них наш мир, в конечном итоге время стало бы отличаться от дня и ночи, так что Солнце взошло бы в 18 часов: 00 вечера.
Вот почему мировые хронометристы время от времени добавляют дополнительные секунды.
Ранние атомные часы «мазер», середина 1950-х годов. (Источник: Getty Images) Их насчитывается еще несколько сотен по всему миру, эксплуатируемых национальными метрологическими институтами, и они являются для всех нас новыми арбитрами времени. Но это не так просто, как считать с них время: никакие атомные часы не идеальны из-за таких вещей, как локальные гравитационные эффекты или различия в их электронике.
Поэтому метрологам необходимо сгладить эти несовершенства. Вот как это работает: такая лаборатория, как NPL, записывает и уточняет информацию о времени из своего банка атомных часов — водородных мазеров — время от времени применяя поправку, если кажется, что часы дрейфуют (метрологи называют это «управлением», и они делают это с помощью отдельного оборудования). используется для определения продолжительности секунды…мы вернемся к этому позже.)
Затем NPL отправляет его в Международное бюро мер и весов (BIPM) в Париже.
Хронометристы в BIPM создают среднее значение всех этих измерений, придавая дополнительный вес часам с лучшими показателями. Вносятся дополнительные корректировки, и в конечном итоге этот процесс выдает то, что называется Международным атомным временем (TAI — Temps Atomique International).
Раз в месяц BIPM рассылает TAI в чрезвычайно важном документе под названием «Circular-T» (вы можете скачать последнюю версию здесь). время для отраслей, которые в нем нуждаются. В Великобритании это работа NPL, а в США это Национальный институт стандартов и технологий, и по всему миру их гораздо больше. Circular-T, по сути, информирует о современном эквиваленте падающего мяча в Гринвиче.
Благодаря высокочастотной торговле финансовые рынки теперь полагаются на очень точное время. (Фото: Alamy)
Хотя большинству людей не нужно знать время с точностью до наносекунды, во многих отраслях и технологиях это необходимо. «Спутниковая навигация, вероятно, является одним из самых распространенных требований к высокой точности, но есть и другие», — говорит метролог Патрик Гилл из NPL.
«Синхронизация связи, распределение энергии и финансовая торговля требуют высокой точности времени». Новые технологии также предъявляют дополнительные требования: например, сеть 5G построена на точной синхронизации, как и навигационная технология, управляющая автономными транспортными средствами.
Дело в том, однако, что TAI по-прежнему является конструкцией гипотетического «истинного» времени: измерения, которого мир просто соглашается придерживаться. Дело не только в том, что это средневзвешенное значение множества различных атомных часов, каждый из которых дает несколько разные показания. Есть и другая причина, и она сводится к фундаментальному вопросу: что такое секунда? С годами изменилось определение этой единицы СИ, а значит, изменилось и наше определение времени. Более того, вскоре это может снова измениться.
Новое определение секунды
Раньше секунда определялась как 1/86 400 среднего солнечного дня — среднее время, которое требуется Солнцу, чтобы достичь той же точки на небе в полдень, что занимает примерно 24 часа.
Другими словами, он был основан на вращении Земли, которое, как мы теперь знаем, неравномерно. Таким образом, второй, согласно этому определению, был бы длиннее в 1900 году, чем в 1930 году, когда среднее вращение планеты было быстрее. (У метрологов когда-то была аналогичная проблема с килограммом: он был основан на куске металла, хранящемся в хранилище в Париже, но необъяснимым образом менялся с течением времени, и, следовательно, то же самое происходило с определением килограмма всеми.)
В середине 20-го века метрологи решили, что это не годится. Итак, они создали новое определение времени. В 1967 году было решено, что вместо этого второй должен быть основан на фиксированном числовом значении невозмущенного сверхтонкого перехода цезия в основное состояние. «Это немного сложно», — признает Гилл. Итак, что это значит?
По сути, это еще один периодический, повторяющийся процесс – основа всех хронометражей. Если вы купаете атомы цезия в микроволнах, они испускают больше электромагнитного излучения с определенной частотой, которая зависит от энергетических уровней внутри атома.
Измеряя эту частоту — подобно подсчету колебаний маятника — вы можете измерить течение времени.
Внутри комнаты, где работают одни из атомных часов в Национальной физической лаборатории (Фото: Alamy)
Ученые из Национальной физической лаборатории делают это с помощью так называемого цезиевого фонтана. «Мы используем свет, чтобы подбросить атомы в воздух примерно на полметра, и они падают обратно под действием силы тяжести. Затем вы можете исследовать этот фонтан с помощью настраиваемых микроволн», — объясняет Гилл. Установка фонтана необходима, потому что «вы хотите, чтобы они были как можно более невозмущенными. Если вы удерживаете атомы каким-либо другим способом, например, электрически или используя свет для их удержания, это изменит вашу частоту».
Это определение было выбрано потому, что цезий как изотоп надежен – практически все атомы в образце одинаково реагируют на электромагнитное излучение. Кроме того, в 20 веке микроволновые частоты можно было измерять более точно и надежно, чем более высокие частоты электромагнитного спектра.
Возможно, это аналогично тому, как вы можете измерить собственное сердцебиение с помощью секундомера, но вам нужна более продвинутая технология, чтобы измерить частоту крыльев мухи.
ТИРАНИЯ ВРЕМЕНИ
Для некоторых часы имеют обратную сторону. Говорят, живи по часам, и это станет хозяином, а не компаньоном. Социолог Барбара Адам утверждала, что когда промышленность взяла под свой контроль время, оно стало «измеримым ресурсом, открытым для манипулирования, управления и контроля, а также предметом товаризации, распределения, использования и злоупотребления». Неиндустриальные культуры часто думают о времени иначе. Для кого-то она течет в гору, для кого-то больше похожа на озеро, чем на линию, а для кого-то будущее позади, а прошлое впереди. Время не рассматривается как товар, который можно «потратить» или «потерять впустую».
На протяжении десятилетий это определение оставалось неизменным. «Это очень хорошо, потому что это означает, что эталон не меняется каждые пять минут, что важно в метрологии», — говорит Гилл.
И он используется NPL и BIPM для поддержки расчетов по таким документам, как Circular-T.
Однако по мере развития науки – и по мере того, как новые технологии требуют все более точного времени – метрологи начали обдумывать новое определение секунды. Это не произойдет в одночасье — возможно, в 2030-х годах, — но это станет самым большим изменением в общем хронометраже с 19 года.60-е годы.
«Даже когда секунда была определена с точки зрения этого микроволнового перехода в цезии, уже было понятно, что вы можете улучшить часы, перейдя на оптическую частоту», — объясняет физик Энн Кертис из NPL. «Оптические частоты колеблются намного, намного быстрее, исчисляясь сотнями терагерц. Сотни триллионов колебаний в секунду».
Почему более высокая частота лучше? «Чтобы понять, почему это важно, можно представить себе линейку с конечным числом линий», — объясняет Кертис. Так, например, на стандартной линейке отмечены миллиметры, а не микрометры. «Если вы увеличите количество линий на четыре порядка, вы, очевидно, сможете измерить гораздо точнее».
NPL разрабатывает оптические часы на основе нейтральных атомов стронция… с помощью лазеров. , второй получит новое определение.
Однако сначала нужно провести гораздо больше испытаний. «Вам необходимо создать определение, которое можно было бы использовать, которое было бы практичным и реализуемым для всех различных национальных метрологических лабораторий по всему миру», — говорит Кертис. «Поэтому это не может быть просто какой-то заказной вещью, которую может сделать только одна группа. И если они делают это действительно хорошо, это должно быть что-то, что мы можем универсально назвать переопределением».
Время как конструкция
Итак, что же должны делать со всем этим остальные? Во-первых, это иллюстрирует необычайную истину: на Земле нет часов, которые могли бы быть абсолютно стабильными или идти точно с нужной скоростью. Это было верно, когда люди использовали солнечные часы, и остается верным сегодня — даже с атомным хронометражем.
Второй, например, определяется в соответствии с имеющейся у нас технологией и тем, что выбирает группа метрологов, ответственных за принятие решения. Атомные часы, какими бы точными они ни были, все же нуждаются в «рулевом управлении». И когда метрологи делают такие вещи, как добавление дополнительных секунд к шкале времени, они приспосабливают время к человеческим потребностям: чтобы некоторые вещи оставались неизменными, например, наслаждение восходом солнца по утрам.
Часы — это то, с чем мы согласны ; это не настоящее время.
Однако это соглашение необходимо для жизни и работы в современном обществе. Если бы мы вернулись к тем дням, когда все время определялось локально, многие из наших технологий перестали бы работать, поезда разбились бы, а финансовые рынки рухнули. Нравится вам это или нет, но мир построен на часах.
Тем не менее, может быть полезно рассмотреть, каковы на самом деле основы этой конструкции. Когда вы думаете о времени, как это делает метролог, время становится чем-то другим.
Вернувшись в НПЛ, когда я прочитал табличку «не трогать мазер», я спросил одного из ученых, проводивших мне осмотр, хорошо ли он следит за временем: например, пунктуален ли он лично? «О, я думаю только в наносекундах», — отвечает он.
* Ричард Фишер — старший журналист BBC Future, пишет в Твиттере @rifish . Он пишет информационный бюллетень The Long-termist’s Field Guide, и является автором будущей книги под названием The Long View (Wildfire/Headline).
Если вы хотите глубже изучить хронометраж, Национальная физическая лаборатория Великобритании предлагает бесплатный курс электронного обучения под названием Introduction to Time and Frequency Measurement .
—
Присоединяйтесь к миллиону будущих поклонникам, полюбив США по телефону Facebook , или подписаться на нас на Twitter OR 7
9008 .