O scurtă istorie a apariției dispozitivelor de măsurare a timpului atomic Tehnica științei și tehnologiei

Progresul nu se oprește - cele mai recente în Statele Unite au fost create ceasuri atomice de înaltă precizie care fac o greșeală într-o secundă în 300 de milioane de ani. Acest ceas, înlocuind modelul vechi, care a permis o greșeală într-o secundă de o sută de milioane de ani, a stabilit acum standardul pentru timpul civil american. "Lenta.ru" a decis să amintească istoria creării ceasurilor atomice.







Pentru a crea un ceas, este suficient să utilizați orice proces în lot. Iar istoria apariției dispozitivelor de măsurare a timpului este parțial istoria apariției surselor de energie noi sau a noilor sisteme oscilatorii utilizate în ceasuri. Cele mai simple ore sunt, probabil, solare: pentru munca lor este necesar doar Soarele și un obiect care aruncă o umbră. Dezavantajele acestei metode de determinare a timpului sunt evidente. Apa și clepsidra nu sunt, de asemenea, mai bune: sunt potrivite doar pentru măsurarea unor perioade relativ scurte de timp.

Cele mai vechi ceasuri mecanice au fost găsite în 1901, în apropiere de insula Antikythera, pe o epavă din Marea Egee. Acestea conțin circa 30 de unelte de bronz într-o cutie de lemn de 33 x 18 x 10 centimetri și datează din secolul al V-lea î.Hr.

O scurtă istorie a apariției dispozitivelor de măsurare a timpului atomic Tehnica științei și tehnologiei

Fragmentul mașinilor vechi

Foto: Marsyas / Wikipedia.org

De aproape două mii de ani de ceasuri mecanice au fost cele mai precise și fiabile. Apariția în 1657 a lucrării clasice de ceas pendul Christian Huygens »(«Horologium Oscillatorium, sive de Motu pendulorum un horologia aptato demonstrationes geometrica»), cu o descriere a dispozitivului de sincronizare cu un pendul ca sistem oscilatorie, a fost probabil apogeul în istoria dezvoltării de dispozitive mecanice acest tip.

Cu toate acestea, astronomii și navigatorii au folosit în continuare cerul și hărțile în stea pentru a-și determina locația și timpul exact. Primul ceas electric a fost inventat în 1814 de Francis Ronaldes. Cu toate acestea, primul astfel de dispozitiv a fost inexact din cauza sensibilității la schimbările de temperatură.

Istoria ulterioară a ceasului este asociată cu utilizarea diferitelor sisteme oscilante în dispozitive. Prezentat în 1927 de angajații laboratoarelor Bella, ceasul de cuarț folosește proprietățile piezoelectrice ale cristalelor de cuarț: când se aplică curentul electric, cristalul începe să se contracte. Cronometrele moderne de cuarț pot oferi o precizie de până la 0,3 secunde pe lună. Cu toate acestea, din moment ce cuarțul este supus îmbătrânirii, în timp, ceasul începe să meargă cu o mai mică precizie.

Odată cu dezvoltarea fizicii atomice, oamenii de știință au sugerat utilizarea particulelor de particule ca sisteme vibraționale. A apărut primul ceas atomic. Ideea posibilității de a folosi vibrațiile atomice de hidrogen pentru măsurarea timpului a fost sugerată încă din 1879 de către fizicianul englez Lord Kelvin. Cu toate acestea, numai până la mijlocul secolului al XX-lea a devenit posibil.

O scurtă istorie a apariției dispozitivelor de măsurare a timpului atomic Tehnica științei și tehnologiei






Lordul Kelvin, care a propus ideea unui ceas atomic

Reproducerea picturii lui Hubert von Gerkomer (1907)

În anii 1930, fizicianul american și pionierul rezonanței magnetice nucleare, Isidore Rabi, a început să lucreze la ceasul atomic cu cesiu-133, însă începutul războiului ia împiedicat. Deja după război, în 1949, primul Comitet Național de Standarde al SUA, cu participarea lui Harold Lyonson, a fost creat primul Ceas Molecular Național, folosind molecule de amoniac. Dar primele astfel de dispozitive de măsurare a timpului nu erau exacte, cum ar fi ceasurile atomice moderne.

Precizia relativ mică se datorează faptului că, datorită interacțiunii moleculelor de amoniac între ele și cu pereții containerului în care a fost localizată această substanță, energia moleculelor sa schimbat și liniile spectrale s-au extins. Acest efect este foarte similar cu frecarea dintr-un ceas mecanic.

Mai târziu, în 1955, Louis Essen de la Laboratorul Național de Fizică din Marea Britanie a introdus primul ceas atomic pe cesiu-133. Aceste ore au acumulat o greșeală de o secundă într-un milion de ani. Aparatul a fost numit NBS-1 și a fost considerat un standard de cesiu de frecvență.

O scurtă istorie a apariției dispozitivelor de măsurare a timpului atomic Tehnica științei și tehnologiei

Inventatorul Harold Lyons (dreapta) cu primul ceas molecular (1949)

Diagrama schematică a unui ceas atomic constă dintr-un oscilator cuarț controlat de un discriminator în schema de feedback. Oscilatorul utilizează proprietățile piezoelectrice ale cuarțului, în timp ce în discriminator vibrațiile energetice ale atomilor apar, astfel încât oscilațiile cuarțului sunt monitorizate prin semnale de la tranziții de la niveluri diferite de energie în atomi sau molecule. Între generatoare și discriminator există un compensator reglat la frecvența vibrațiilor atomice și comparându-l cu frecvența oscilațiilor cristalului.

Atomii utilizați în ceas trebuie să furnizeze oscilații stabile. Pentru fiecare frecvență de radiații electromagnetice, există atomi: calciu, stronțiu, rubidiu, cesiu, hidrogen. Sau chiar și molecule de amoniac și iod.

Odată cu apariția instrumentelor de măsurare a timpului atomic, a devenit posibil să le folosim ca un standard universal pentru determinarea unei secunde. Din 1884, timpul Greenwich, considerat standardul mondial, a dat drumul la standardul ceasurilor atomice. În 1967, prin decizia celei de-a XII-a Conferințe Generale de măsuri și ponderi, o secundă a fost determinată ca fiind durata perioadelor de radiație de 9192631770 corespunzătoare tranziției dintre două nivele hiperfine ale stării fundamentale a atomului de cesiu-133. Această definiție a unei secunde nu depinde de parametrii astronomici și poate fi reprodusă oriunde în lume. Cesiul-133, utilizat în standardul ceasurilor atomice, este singurul izotop stabil al cesiului cu o abundență de 100% pe Pământ.

O scurtă istorie a apariției dispozitivelor de măsurare a timpului atomic Tehnica științei și tehnologiei

Acuratețea ceasurilor atomice crește (conform Institutului Național de Standarde și Tehnologie din Statele Unite)

Ceasurile atomice sunt de asemenea utilizate în sistemul de navigație prin satelit; acestea sunt necesare pentru a determina timpul exact și coordonatele satelitului. Astfel, fiecare sistem GPS prin satelit montat pe patru seturi de astfel de ceasuri: două Cesiul și două rubidiu care asigură o precizie de transmitere a semnalului în 50 de nanosecunde. Pe sistemul GLONASS rusesc prin satelit este, de asemenea, instalat instrumente de măsurare a timpului atomic rubidiu și cesiu și sateliții desfășurarea geopozitsionnoy sistem european Galileo ─ hidrogen și rubidiu.

O scurtă istorie a apariției dispozitivelor de măsurare a timpului atomic Tehnica științei și tehnologiei

Ceas de cesiu HP 5060A

O scurtă istorie a apariției dispozitivelor de măsurare a timpului atomic Tehnica științei și tehnologiei

Ceasuri de mână

Tendința spre miniaturizare, autonomie, iar precizia va conduce la faptul că, în viitorul apropiat vor exista noi dispozitive cu utilizarea de ceasuri atomice în toate sferele vieții umane, de cercetare spațială pe sateliți care orbitează și stațiile pentru uz casnic în sistemele de cameră și încheietura mâinii.







Articole similare

Trimiteți-le prietenilor: