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 такие часы считаются наиболее точными, их погрешность является минимальной (около 1 секунды в течение 30 миллионов лет). Атомные часы активно используются в навигации, а именно определения текущего местоположения космических спутников, орбитальной станции, самолетов, подлодок и баллистических ракет. В повседневной жизни такие часы необходимы для работы систем GPS, Galileo и ГЛОНАСС, а так де 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 партиях и является достаточно дорогостоящим, соответственно, ядерные часы существуют в ограниченных количествах.

Принцип работы атомных часов

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 атомные часы, представляют собой стеклянную колбу, заполненную газом (наиболее компактная и простая конструкция).
Точность всех, перечисленных часов считается безупречной, их работу принято считать эталоном.

Как выглядят атомные часы?

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

Где находятся атомные часы?

По официальной версии самые точные часы в мире (атомные) находятся в Лондоне (Национальная физическая лаборатория). Эти часы 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. Работа этих часов основана на колебаниях атомов Цезия. Точность хода атомных часов созданных в Японии в несколько раз больше, в 2006 году в США были создан аналог, в котором использовались атомы алюминия, срок их работы измеряется миллиардами лет, то есть они практически вечные. Во всем мире около нескольких сотен атомных часов.

Самое интересное про атомные часы

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 часы, это более точный и достоверный способ отчета времени. Принцип основан на подсчете колебаний микроскопических частиц (ионов). Частота колебаний этих частиц приблизительно в миллион раз больше аналогичного показателя атома Цезия, используемого в атомных часах. Для фиксации таких колебаний используют технологию видимой части электромагнитного излучения, именно это и дает часам 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 часы 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».