Атомные часы. Самое точное время в мире

Квантовые или молекулярные часы являются точным измерительным прибором, способным измерять периоды времени с помощью замера собственных колебаний, происходящих на атомном уровне. Сегодня они считаются самыми точными, их погрешность является минимальной (около 1 секунды в течение 30 миллионов лет). Атомные часы активно используются в навигации, а именно определения текущего местонахождения космических спутников, орбитальной станции, самолетов, подлодок и баллистических ракет. В повседневной жизни они необходимы для корректной работы систем GPS, Galileo и ГЛОНАСС, в работе операторов мобильной связи и Интернета. 

В 1967 году системой измерения СИ принят стандарт одной секунды, а именно 9 192 631 770 происходящих излучений атома Цезия-133. Сверхточный прибор производится в единичных экземплярах и является весьма дорогим.

Принцип работы

Частота колебаний атома и прилежащих к нему электронов, является постоянной величиной, она определяется массой самого ядра и гравитацией. Принцип работы всех разновидностей атомных часов аналогичен, они устроены и работают по одному принципу, разница состоит лишь в виде используемого вещества:
- Водородные часы представляют собой прочный закупоренный контейнер, в результате чего, атомы сохраняют постоянность своего состояния;
- Цезиевые часы используют пучки атомов, распределяя энергию в магнитном поле;
- Рубидиевые часы, представляют собой стеклянную колбу, заполненную газом (наиболее компактная и простая конструкция).
Их точность считается безупречной, можно считать эталоном.

Как они выглядят?

Внешний вид первых моделей напоминал обычные часы, отличаясь лишь большим размером. А вот современные аналоги, например, стронциевые квантовые часы больше похожи на сложный технический прибор с кучей металлических трубок и болтовых соединений. Реакция происходит внутри прочного металлического корпуса, имеющего внушительные габариты. Устройство может помещаться в небольшой блок, для вывода показателей используются жидкокристаллические экраны. Так в Японии разработана модель с запасом хода около 16 миллиардов лет достаточно компактного размера (стандартного системного блока ПК). Существовал так же наручный аналог, который не нашел широкого распространения, а возможность использования функции постоянной синхронизации точности хода, вообще исключило их необходимость.

Где находятся?

По официальной версии самые точные часы в мире (атомные) находятся в Лондоне (Национальная физическая лаборатория). Они долгое время считались мировым эталоном точности, по ним сверяли свои показатели все другие устройства. Естественно, есть атомные часы и в России, они были созданы еще во времена СССР. Их работа снована на колебаниях атомов Цезия. В 2006 году в США была создана модель, в которой использовались атомы алюминия, срок их работы измеряется миллиардами лет, то есть они практически вечные. Во всем мире несколько сотен атомных часов.

Самое интересное

Несколько лет назад немецкие ученые выдвинули версию о скором завершении эры атомных часов. Вот так «вечные часы» просуществовав около 50 лет, могут навсегда уйти в историю. Вместо их предлагается использовать оптические, это более точный и достоверный способ учета времени. Принцип основан на подсчете колебаний микроскопических частиц (ионов). Частота колебаний этих частиц приблизительно в миллион раз больше аналогичного показателя атома Цезия. Для фиксации таких колебаний используют технологию видимой части электромагнитного излучения, именно это и дает название «оптические».
В основе разработки атомных часов предполагалась постоянная скорость вращения Земли вокруг своей оси, в последнее время возникает множество скептических вопросов в постоянности этой величины, соответственно под сомнение ставится и точность работы квантовых часов. На самом деле атомные не такие точные, как их позиционируют! На протяжении месяца их работы возникает погрешность около 1 наносекунды (1/1 000 000 000 секунды). Для простого обывателя такая погрешность не имеет принципиального значения, а вот функционирование GPS, Интернета и электрических коммуникаций более капризны к подобным «ошибкам».