Атомные часы ведут хронометраж с точностью до одной секунды каждые 33 млрд лет (в два раза больше, чем возраст нашей Вселенной). Однако новый тип часов, основанный на ядерных, а не атомных переходах, будет еще точнее — на 1000% по сравнению с современными технологиями. Ядерных часов пока не существуют, но их создание принципиально возможно.
В настоящее время атомные часы — лучшая из технологий измерения времени. Непрерывно «накачивая» атомы лазером, который поддерживает их в возбужденном состоянии, мы можем заставить их излучать свет определенной частоты практически непрерывным образом. Подсчитав количество проходящих световых волн (а скорость света постоянна), мы получаем сверхточный метод расчета времени, который будет един для каждого наблюдателя, у кого есть такие часы.
На борту каждого спутника GPS есть несколько атомных часов. Каждая точка на Земле должна быть в контакте не менее чем с четырьмя спутниками, чтобы «фиксировать» местоположение — три пространственные и одну временную координату. Часы, даже в ~10 раз менее точные, приведет к тому, что положение будет в 10 раз более неопределенным.
Работа атомных часов не зависит ни от пространства, ни от времени — сколь быстро вы ни движетесь или в каком гравитационном поле вы находитесь, атомы сохраняют квантово-механические свойства. Но фундаментальные ограничения все-таки есть, поскольку атомы — относительно "крупные" образования.
Ядерные часы, вместо использования переходов электронов, которые занимают пространство всего атома, полагаются на переход внутри атомного ядра (ведь оно меньше самого атома). Это может быть достигнуто с помощью устройства, известного как линейная ионная ловушка Пауля. В итоге ядерные часы (теоретически) могут достичь точности почти до 1 секунды за каждые триллион лет. На сегодня существует только одно известное атомное ядро, подходящее для ядерных часов: возбужденное состояние тория-229.
Зачем же это нужно? Например, чтобы финансовые операции могли происходить (и отслеживаться) с точностью до пикосекунды, а GPS работало с точностью до миллиметра. Или чтобы отслеживать изменения уровня грунтовых вод на субсантиметровом уровне, а также фиксировать такие «нефотогеничные» космические объекты, как черные дыры, разрешением в десятки или сотни раз выше, чем самые мощные современные телескопы.