Хоть мы и живём в четырёхмерном пространстве, мы не можем ощущать временное измерение. Мы не можем путешествовать по нему и наши биологические часы не работают с точностью до секунды. Кстати, а что вообще значит секунда? Это придуманная величина, и возникла она в результате применения шестидесятеричной системы. Но если секунда - придуманная величина, то нужно настраивать все часы под неё. Итак, как это сделать?
С измерениями у человечества очень давняя история: солнечные, водные, песочные, огненные (!). С развитием технологий появлялись механические, камертонные, астрономические, электронные. Пиком развития, вершиной стали квантовые, ядерные или атомные часы.
Как же они работают? Нет, атомные часы не радиоактивны, они не измеряют время полураспада, иначе как бы они работали более десятка миллионов лет?
Зачем нужны атомные часы? Любой механизм со временем выходит из строя и в нём накапливаются ошибки. Многие виды часов очень неточны и с увеличением срока использования дают всё больше и больше ошибок. В ядерных же часах эти ошибки минимальны!
На самом деле схема работы атомных часов донельзя проста:
Атомные часы - это усовершенствованная модель кварцевых часов. Кристалл кварца при сжатии создаёт электрический импульс, а при действии на него электричества сжимается. Сжимаем и разжимаем, заставляем кристалл колебаться. Нам нужно 32768 колебаний - именно столько составляет 1 секунда.
Погрешность в кварцевых часах составляет примерно 10^-7. Если вам это кажется мало, то в год это примерно лишние 3-5 секунды. Поэтому кварцевые часы хоть и являются отличными в измерении, до атомных им ещё очень далеко.
В атомных часах кроме кристалла кварца и резонатора, который заставляет кристалл колебаться, используется квантовый дискриминатор - такое же резонирующее устройство, но с другим элементом. Обычно используется цезий-133. Он испускает намного больше колебаний, чем кварц. Причём если колебания кварцевого и цезиевого кристаллов начинают отклоняться от заданных значений и в разных фазах, то разница автоматически нивелируется
Какова погрешность атомных часов? 10^-14. Три секунды за 10 миллионов лет. Неплохой результат, не так ли?
Атомные часы - самые точные на сегодняшний день.
Какие типы атомных часов бывают?
Все атомные часы работают по одному и тому же принципу, но используют разные материалы: первые используют цезий в качестве элемента сравнения, вторые - водород, а третьи - рубидий.
Итак, что же такое секунда, если обратиться к атомным часам?
Правильная частота для резонанса частицы цезия сегодня определена международным соглашением и составляет 9 192 631 770 герц. Именно такое количество раз и колеблется атом цезия в секунду
Нужно ли создавать ещё более точные часы? Или вопрос наконец-то решён?
