В этой статье представлена расшифровка первой части подкаста "Атомные часы: как успеть все до нового года". В ней специалисты в области квантовой метрологии Черепанов Павел и Тричев Константин обсудили достижения в науке и проблемах, связанных с атомными часами.
Есть ли какие-то достижения в науке, которые были получены с помощью атомных часов?
Проверка специальной теории относительности. В свое время достаточно компактные атомные часы установили на самолет, совершили с ними полет, в то время как вторые такие часы стояли на Земле и мерили время. Самолет соответственно двигался с некоторой скоростью, а в специальной теории относительности скорость тоже влияет на время. После полета показания часов отличались, что означало, что Эйнштейн был прав в своей теории. Помимо этого, проверялись эффекты общей теории относительности. Например, ученые из метрологического университета в Германии сделали достаточно точные атомные часы и при их перемещении на башню обнаружили различие в гравитации у ее основания и наверху. Вот и вся проверка эффекта в общей теории относительности.
Вопрос скорее в перспективах: если нам удастся сделать достаточно большое количество атомных часов необходимой точности, то можно попробовать регистрировать темную материю. Темная материя – это нечто массивное, которое не особо детектируются обычными средствами. Если оно массивное, то значит у него есть гравитационное поле, которое атомные часы достаточно точно «почувствуют».
Еще одно тоже перспективное применение, где нужны еще более точные атомные часы, это проверка фундаментальных констант. Например, если бы мы могли удостовериться, что скорость света постоянна или же на самом деле то ли растет, то ли уменьшается. Сейчас мы не знаем, потому что доказательств нет. Несмотря на то, что она довольно точно измерена, имеется вероятность, что при определенной точности она может изменяться. Дрейф фундаментальных констант было бы интересно отследить, но для этого нужно как раз уметь точно измерять время.
Таким образом, применений атомных часов масса, но для обычной жизни, наверное, их не так много, другими словами, более точные часы, чем уже существующие не очень нужны для обычной жизни.
Время на телефоне, которое сообщается нам из интернета, оно тоже атомное?
Не совсем, атомное время – это конкретное понятие. Существует довольно большое количество шкал времени. Есть всем известная UTC (Всемирное координатное время, англ. Coordinated Universal Time), есть GMT (Среднее время по Гринвичу, англ. Greenwich Mean Time), есть TAI(Международное атомное время, фр. Temps Atomique International) –это как раз и есть атомное время. Все эти шкалы времени в чем-то отличаются: у какой-то начало сдвинуто по тем или иным причинам относительно остальных, у другой длительность секунды отличается. Например, есть уникальная шкала времени, которой пользуются астрофизики. В работе им неудобны «земные» времена, привязанные к планете, поэтому они выбрали другую шкалу, где длительность секунды отличается.
Время, которое приходит к нам на телефон, безусловно, связано с атомным временем, причем со средним атомным времени, потому что измерение времени –это исключительно командный вид спорта, одна страна не может справиться с такой задачей. Это всегда сверка показаний атомных часов из совершенно разных стран и от разных научных групп.
Могут ли атомные часы быть опасны для здоровья человека?
Атомные часы – довольно тяжелая установка, если они упадут на голову, то тогда, конечно, могут быть опасны для здоровья человека несмотря на то, что в них используется тот же стронций, о котором все знают как о радиоактивном веществе. Если поставить ограждение хотя бы из фольги, он не будет опасен, так что от стронция точно не умрешь, скорее от чего угодно другого. В плане радиационной безопасности атомные часы абсолютно безопасны. Но, например, самим повредиться все еще можно, если взяться, например, за условные 4 кВ в лаборатории, которые есть в составе атомных часов.
А есть какие-то проблемы при использовании атомных часов сейчас?
Гипотетически их может быть много. Например, будет плохо, если атомные часы надолго отключат, потому что они должны давать непрерывно значения времен, которые измеряют. Они могут отключиться несмотря на обилие резервных систем: множества водородных мазеров, которые могут кратковременно хранить время.
Атомных часов много по всему миру, но время в конкретной стране базируется на одних единственных. Мы координируем общее мировое время, вносим какой-то свой вклад, берем что-то оттуда, но при этом у нас есть свой эталон. Не у каждой страны они есть, сформирован клуб стран, которые обладают атомными часами, и он не такой огромный. Это довольно дорогое устройство, особенно при разработке таких устройств на новых принципах. Будет не очень хорошо, если они отключатся, потому что мы делимся своими результатами. Если не будем делиться, то общее время будет хуже усредняться.
Образуется масса последствий, про которые можно говорить долго и расписывать все ужасы, которые будут происходить. Если коротко, то потом придется производить очень много операций, чтобы их подключить обратно. Точнее включить их можно, но если они долго простоят выключенными, то возникнет большая проблема: шкала времени «поплывет» и придется ее заново калибровать. Атомные часы имеют проблемы скорее инженерного характера.
Записала: Деримедведь Д.
Читайте другие части (часть I, часть II, часть III) в нашем блоге, слушайте этот и другие подкасты на ЯндексМузыке, во ВКонтакте или на удобной Вам платформе.
#инженерный_подкаст
#все_ответы_в_науке_МИФИ
#десятилетиенауки #МинобрнаукиРоссии #популяризациянауки
