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.
Primul ceas atomic NBS-1
Primul atom
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. De asemenea, apa și clepsidra nu sunt mai bune: sunt adecvate 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 aproximativ 30 de unelte de bronz într-o cutie de lemn de 33 x 18 x 10 centimetri și datează de la aproximativ suta anul î.Hr.
Fragmentul mașinilor vechi
Timp de aproape două mii de ani, ceasul mecanic era cel mai precis și mai fiabil. 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 de 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. Introdus în 1927 de către membrii Bell Labs ceas de cuarț folosite proprietăți piezoelectrice de cristal de cuarț: atunci când sunt expuse la un cristal de curent electric începe să se micșoreze. 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.
Lordul Kelvin, care a propus ideea unui ceas atomic
In 1930 fizicianul american și descoperitor de rezonanță magnetică nucleară Isidor Rabi a început să lucreze la ceas atomic cu cesiu-133, dar izbucnirea războiului l-au împiedicat. După război, în 1949, au fost create Comitetul Național de Standarde cu Harold Layonsona primul ceas molecular folosind molecula de amoniac. Dar primele astfel de dispozitive de măsurare a timpului nu erau exacte, cum ar fi ceasurile atomice moderne.
Relativ acuratețe scăzută a fost asociată cu faptul că, datorită interacțiunii moleculelor de amoniac între ele și cu pereții containerului în care a fost o energie substanță variată a moleculelor și linia lor spectrală lărgită. 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.
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. Generatorul folosește proprietățile piezoelectrice de cuarț, în timp ce energia discriminatorul apar fluctuații ale atomilor, astfel încât semnalele de oscilație de cuarț monitorizate prin trecerea de la diferite nivele energetice din atomi sau molecule. Între generator și discriminatorul compensatorului este acordat pe frecvența vibrațiilor atomice, și comparând-o cu frecvența de oscilație a 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.
Referința timpului
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, decizia 12-a Conferințe Generale de Măsuri și Greutăți definite a doua ca durata 9192631770 perioade ale radiației corespunzătoare tranziției între cele două niveluri 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.
Precizia 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.
Ceasuri atomice compacte
Ceas de cesiu HP 5060A
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.
Chiar zilele trecute am vorbit despre faptul că detectoarele observatorul gravitaționale LIGO (Interferometru cu laser gravitational-Wave. →
Extincția cea mai grandioasă și distructivă a faunei în întreaga istorie a Pământului a avut loc la granița dintre Perm și. →
Astăzi, pe mai multe conferințe de presă simultane de către oamenii de știință de la observatoare gravitaționale LIGO si Fecioara, precum și de la. →
RIA Novosti. Rolul proteinelor, grăsimilor și carbohidraților în organism este de înțeles - ele reprezintă surse de energie și materiale de construcție. Dar este dificil. →
RIA Novosti. Biologul rus și geologul australian au spus despre noi descoperiri neașteptate care au făcut oamenii de știință să se întoarcă la cele clasice. →
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: