Erstens nutzt die Uhr die Menschheit als Mittel zur Kontrolle der Programmzeit.

Zweitens ist die Zeitmessung heute auch die genaueste Art der Messung überhaupt: Die Genauigkeit der Zeitmessung wird heute durch einen unglaublichen Fehler in der Größenordnung von 1 · 10-11% oder 1 s in 300.000 Jahren bestimmt.

Und moderne Menschen erreichten eine solche Genauigkeit, als sie anfingen zu verwenden Atome, die aufgrund ihrer Schwingungen der Regler der Atomuhr sind. Cäsiumatome befinden sich in den zwei Energiezuständen, die wir brauchen (+) und (-). Elektromagnetische Strahlung mit einer Frequenz von 9.192.631.770 Hertz wird erzeugt, wenn sich Atome vom Zustand (+) nach (-) bewegen, wodurch ein präziser konstanter periodischer Prozess entsteht - der Controller des Atomuhrcodes.

Damit Atomuhren genau funktionieren, muss Cäsium in einem Ofen verdampft werden, wodurch seine Atome herausgeschleudert werden. Hinter dem Ofen befindet sich ein Sortiermagnet, der die Kapazität von Atomen im (+)-Zustand hat und in dem die Atome durch Bestrahlung in einem Mikrowellenfeld in den (-)-Zustand gehen. Der zweite Magnet lenkt Atome, die ihren Zustand (+) zu (-) geändert haben, zum Empfangsgerät. Viele Atome, die ihren Zustand geändert haben, werden nur erhalten, wenn die Frequenz des Mikrowellensenders genau mit der Schwingungsfrequenz von Cäsium 9 192 631 770 Hertz übereinstimmt. Andernfalls nimmt die Anzahl der Atome (-) im Empfänger ab.

Instrumente überwachen und justieren ständig die Konstanz der Frequenz 9 192 631 770 Hertz. So wurde der Traum der Uhrendesigner wahr, ein absolut konstanter periodischer Prozess wurde gefunden: eine Frequenz von 9.192.631.770 Hertz, die den Gang von Atomuhren regelt.

Heute wird aufgrund internationaler Vereinbarungen die Sekunde als die mit 9.192.631.770 multiplizierte Strahlungsperiode definiert, die dem Übergang zwischen zwei Hyperfeinstrukturebenen des Grundzustands des Cäsiumatoms (Cäsium-133-Isotop) entspricht.

Um die genaue Zeit zu messen, können Sie auch Schwingungen anderer Atome und Moleküle verwenden, z. B. Atome von Calcium, Rubidium, Cäsium, Strontium, Wasserstoffmoleküle, Jod, Methan usw. Die Strahlung des Cäsiumatoms wird jedoch als die erkannt Frequenzstandard. Um die Schwingungen verschiedener Atome mit einem Standard (Cäsium) zu vergleichen, wurde ein Titan-Saphir-Laser geschaffen, der einen breiten Frequenzbereich im Bereich von 400 bis 1000 nm erzeugt.

Der erste Schöpfer von Quarz- und Atomuhren war ein englischer Experimentalphysiker Essener Lewis (1908-1997). 1955 schuf er das erste Atomfrequenznormal (Zeitnormal) auf einem Strahl von Cäsiumatomen. Als Ergebnis dieser Arbeit entstand 3 Jahre später (1958) ein Zeitdienst auf Basis des Atomfrequenznormals.

In der UdSSR brachte der Akademiker Nikolai Gennadievich Basov seine Ideen zur Herstellung von Atomuhren vor.

So, Atomuhr, Eine der genauen Arten von Uhren ist ein Gerät zur Zeitmessung, bei dem die natürlichen Schwingungen von Atomen oder Molekülen als Pendel verwendet werden. Die Stabilität von Atomuhren ist die beste aller existierenden Uhrentypen, was der Schlüssel zu höchster Genauigkeit ist. Der Atomuhrgenerator erzeugt im Gegensatz zu herkömmlichen Uhren mehr als 32.768 Impulse pro Sekunde. Schwingungen von Atomen hängen nicht von Lufttemperatur, Vibrationen, Feuchtigkeit und vielen anderen äußeren Faktoren ab.

In der modernen Welt, in der Navigation einfach unverzichtbar ist, sind Atomuhren zu unverzichtbaren Helfern geworden. Sie sind in der Lage, den Standort eines Raumfahrzeugs, Satelliten, einer ballistischen Rakete, eines Flugzeugs, eines U-Bootes oder eines Autos automatisch über Satellitenkommunikation zu bestimmen.

So galten in den letzten 50 Jahren Atomuhren bzw. Cäsiumuhren als die genauesten. Sie werden seit langem von Zeitnahmediensten verwendet, und Zeitsignale werden auch von einigen Radiosendern ausgestrahlt.

Das Atomuhrgerät besteht aus 3 Teilen:

Quantendiskriminator,

Quarzoszillator,

Elektronikkomplex.

Ein Quarzoszillator erzeugt eine Frequenz (5 oder 10 MHz). Der Oszillator ist ein RC-Funkgenerator, bei dem die piezoelektrischen Moden eines Quarzkristalls als Resonanzelement verwendet werden, wobei die Atome, die den Zustand (+) zu (-) geändert haben, verglichen werden.Um die Stabilität zu erhöhen, ist seine Frequenz konstant verglichen mit den Schwingungen eines Quantendiskriminators (Atome oder Moleküle) . Bei unterschiedlichen Schwingungen regelt die Elektronik die Frequenz des Quarzoszillators auf Null und erhöht so die Stabilität und Genauigkeit der Uhr auf das gewünschte Niveau.

Heutzutage können Atomuhren in jedem Land der Welt für den täglichen Gebrauch hergestellt werden. Sie sind sehr klein und schön. Die Größe der neusten Atomuhren ist nicht größer als eine Streichholzschachtel und ihr geringer Stromverbrauch beträgt weniger als 1 Watt. Und das ist nicht die Grenze, vielleicht erreicht der technologische Fortschritt in Zukunft Mobiltelefone. Mittlerweile werden kompakte Atomuhren nur noch auf strategischen Flugkörpern installiert, um die Genauigkeit der Navigation um ein Vielfaches zu erhöhen.

Heute können in Online-Shops Atomuhren für Herren und Damen für jeden Geschmack und jedes Budget gekauft werden.

2011 wurde die kleinste Atomuhr der Welt von Symmetricom und dem Sandia National Laboratory entwickelt. Diese Uhr ist 100-mal kompakter als frühere im Handel erhältliche Versionen. Die Größe eines Atomchronometers ist nicht größer als eine Streichholzschachtel. Er benötigt zum Betrieb 100 mW Leistung, das ist 100-mal weniger als seine Vorgänger.

Die Größe der Uhr konnte reduziert werden, indem anstelle von Federn und Zahnrädern ein Mechanismus eingebaut wurde, der nach dem Prinzip der Bestimmung der Frequenz elektromagnetischer Wellen arbeitet, die von Cäsiumatomen unter dem Einfluss eines Laserstrahls mit vernachlässigbarer Leistung emittiert werden.

Solche Uhren werden in der Navigation sowie bei der Arbeit von Bergleuten, Tauchern, wo es notwendig ist, die Zeit mit Kollegen an der Oberfläche genau zu synchronisieren, sowie bei genauen Zeitdiensten verwendet, da der Fehler von Atomuhren weniger als 0,000001 Bruchteile beträgt von einer Sekunde pro Tag. Die Kosten für die rekordverdächtige kleine Symmetricom-Atomuhr betrugen etwa 1.500 US-Dollar.

Im 21. Jahrhundert entwickelt sich die Satellitennavigation rasant. Sie können die Position aller Objekte bestimmen, die irgendwie mit Satelliten verbunden sind, sei es ein Mobiltelefon, ein Auto oder ein Raumschiff. Aber all das hätte ohne Atomuhren nicht erreicht werden können.
Auch diese Uhren werden in verschiedenen Telekommunikationen eingesetzt, beispielsweise in der Mobilkommunikation. Dies ist die genaueste Uhr, die es je gab, gibt und geben wird. Ohne sie wäre das Internet nicht synchronisiert, wir wüssten nicht die Entfernung zu anderen Planeten und Sternen usw.
In Stunden werden 9.192.631.770 Perioden elektromagnetischer Strahlung pro Sekunde aufgenommen, die beim Übergang zwischen zwei Energieniveaus des Cäsium-133-Atoms aufgetreten sind. Solche Uhren werden Cäsiumuhren genannt. Dies ist jedoch nur eine von drei Arten von Atomuhren. Es gibt auch Wasserstoff- und Rubidiumuhren. Am häufigsten werden jedoch Cäsiumuhren verwendet, sodass wir uns nicht mit anderen Typen befassen.

Wie eine Cäsium-Atomuhr funktioniert

Der Laser erhitzt die Atome des Cäsium-Isotops und zu diesem Zeitpunkt registriert der eingebaute Resonator alle Übergänge der Atome. Und wie bereits erwähnt, wird nach Erreichen von 9.192.631.770 Übergängen eine Sekunde gezählt.

Ein im Uhrengehäuse eingebauter Laser erhitzt die Atome des Cäsium-Isotops. Zu diesem Zeitpunkt registriert der Resonator die Anzahl der Übergänge von Atomen auf ein neues Energieniveau. Ab einer bestimmten Frequenz, nämlich 9.192.631.770 Übergänge (Hz), wird nach dem internationalen SI-System eine Sekunde gezählt.

Verwendung in der Satellitennavigation

Die Bestimmung des genauen Standorts eines Objekts mithilfe eines Satelliten ist sehr schwierig. Daran sind mehrere Satelliten beteiligt, nämlich mehr als 4 pro Empfänger (z. B. ein GPS-Navigator im Auto).

Jeder Satellit verfügt über eine hochpräzise Atomuhr, einen Satellitenfunksender und einen digitalen Codegenerator. Der Funksender sendet einen digitalen Code und Informationen über den Satelliten zur Erde, nämlich Umlaufbahnparameter, Modell usw.

Die Uhr bestimmt, wie lange es dauert, bis dieser Code den Empfänger erreicht. Wenn man also die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Funkwellen kennt, wird die Entfernung zum Empfänger auf der Erde berechnet. Aber ein Satellit reicht dafür nicht aus. Moderne GPS-Empfänger können Signale von 12 Satelliten gleichzeitig empfangen, wodurch Sie den Standort eines Objekts mit einer Genauigkeit von bis zu 4 Metern bestimmen können. Übrigens ist es erwähnenswert, dass GPS-Navigatoren keine Abonnementgebühr erfordern.

Atomuhr 27. Januar 2016

Die Schweiz oder gar Japan wird nicht der Geburtsort der weltweit ersten Taschenuhr mit eingebautem Atomzeitstandard sein. Die Idee zu ihrer Kreation stammt im Herzen Großbritanniens von der in London ansässigen Marke Hoptroff

Atomuhren, oder wie sie auch „Quantenuhren“ genannt werden, sind ein Gerät, das die Zeit anhand natürlicher Schwingungen misst, die mit Prozessen verbunden sind, die auf der Ebene von Atomen oder Molekülen ablaufen. Richard Hoptroff entschied, dass es für moderne Herren, die an Hightech-Geräten interessiert sind, an der Zeit war, ihre mechanischen Taschenuhren gegen etwas Extravaganteres und Außergewöhnlicheres auszutauschen, das auch den modernen urbanen Trends entspricht.

So wurde der Öffentlichkeit eine elegante Taschen-Atomuhr Hoptroff No. 10, die die moderne Generation, die von einer Fülle von Gadgets verführt wird, nicht nur mit ihrem Retro-Stil und ihrer fantastischen Genauigkeit, sondern auch mit ihrer Lebensdauer überraschen kann. Laut den Entwicklern können Sie mit dieser Uhr mindestens 5 Milliarden Jahre lang die pünktlichste Person bleiben.

Was können Sie sonst noch Interessantes über sie herausfinden ...

Foto 2.

Für alle, die sich noch nie für solche Uhren interessiert haben, lohnt es sich, kurz das Funktionsprinzip zu beschreiben. Im Inneren des „atomaren Geräts“ gibt es nichts, was einer klassischen mechanischen Uhr ähnelt. In Hoptroff Nr. 10 gibt es keine mechanischen Teile als solche. Stattdessen sind Atomtaschenuhren mit einer versiegelten Kammer ausgestattet, die mit einer radioaktiven gasförmigen Substanz gefüllt ist, deren Temperatur durch einen speziellen Ofen kontrolliert wird. Das genaue Timing ist wie folgt: Laser regen die Atome eines chemischen Elements an, das eine Art „Füllstoff“ der Uhr ist, und der Resonator erfasst und misst jeden atomaren Übergang. Das Grundelement solcher Geräte ist heute Cäsium. Wenn wir uns an das SI-Einheitensystem erinnern, dann ist darin der Wert einer Sekunde mit der Anzahl der Perioden elektromagnetischer Strahlung während des Übergangs von Cäsium-133-Atomen von einem Energieniveau zum anderen verbunden.

Foto 3.

Gilt bei Smartphones der Prozessorchip als Herzstück des Geräts, dann ist bei Hoptroff No. 10 übernimmt diese Rolle der Modul-Generator der Referenzzeit. Er wird von Symmetricom geliefert, und der Chip selbst war ursprünglich auf den Einsatz in der Militärindustrie ausgerichtet – in unbemannten Luftfahrzeugen.

Die CSAC-Atomuhr ist mit einem temperaturgeregelten Thermostat ausgestattet, der eine Cäsiumdampfkammer enthält. Unter dem Einfluss eines Lasers auf Cäsium-133-Atome beginnt deren Übergang von einem Energiezustand in einen anderen, für dessen Messung ein Mikrowellenresonator verwendet wird. Seit 1967 definiert das Internationale Einheitensystem (SI) eine Sekunde als 9.192.631.770 Perioden elektromagnetischer Strahlung, die aus dem Übergang zwischen zwei Hyperfeinniveaus des Grundzustands des Cäsium-133-Atoms entstehen. Ausgehend davon ist eine technisch genauere Uhr auf Cäsiumbasis kaum vorstellbar. Mit der Zeit, mit den jüngsten Fortschritten in der Zeitmessung, werden neue optische Uhren, die auf einem Aluminiumion basieren, das mit ultravioletter Frequenz (100.000 mal die Mikrowellenfrequenz von Cäsiumuhren) pulsiert, hundertmal genauer sein als Atomuhren. Einfach ausgedrückt: Die neue Taschenuhr Nr. 10 von Hoptroff hat eine Genauigkeit von 0,0015 Sekunden pro Jahr, 2,4 Millionen Mal besser als die COSC-Standards.

Foto 4.

Auch die funktionale Seite des Gerätes grenzt an Fantasie. Damit können Sie herausfinden: Uhrzeit, Datum, Wochentag, Jahr, Breiten- und Längengrad in verschiedenen Werten, Druck, Luftfeuchtigkeit, Sternstunden und -minuten, Gezeitenvorhersage und viele andere Indikatoren. Die Uhr ist in Gold erhältlich, und es ist geplant, das Edelmetallgehäuse mithilfe von 3D-Druck herzustellen.

Richard Hoptrof ist der festen Überzeugung, dass diese spezielle Produktionsoption für seine Nachkommen die beste ist. Um die Designkomponente des Designs geringfügig zu ändern, muss die Produktionslinie überhaupt nicht umgebaut werden, sondern die funktionale Flexibilität des 3D-Druckgeräts wird dafür genutzt. Es ist zwar erwähnenswert, dass die gezeigte Prototypuhr auf klassische Weise hergestellt wurde.

Foto 5.

Zeit ist heutzutage sehr kostbar und die Taschenuhr Hoptroff No. 10 ist eine direkte Bestätigung dafür. Nach vorläufigen Informationen wird die erste Charge von Nukleargeräten 12 Einheiten umfassen, und was die Kosten betrifft, wird der Preis für 1 Exemplar 78.000 US-Dollar betragen.

Foto 6.

Laut Richard Hoptroff, Geschäftsführer der Marke, spielte Hoptroffs Londoner Wohnsitz eine Schlüsselrolle bei der Idee. „Wir verwenden in unseren Quarzuhrwerken ein hochpräzises Schwingsystem mit GPS-Signal. Aber im Zentrum von London ist es nicht so einfach, genau dieses Signal zu empfangen. Einmal sah ich bei einem Ausflug zum Greenwich Observatory dort eine Atomuhr von Hewlett Packard und beschloss, mir über das Internet etwas Ähnliches zu kaufen. Und ich konnte nicht. Stattdessen stieß ich auf Informationen über einen Symmetricon-Chip, und nach drei Tagen des Nachdenkens war mir klar, dass er perfekt für eine Taschenuhr wäre.“

Bei dem Chip handelt es sich um die Cäsium-Atomuhr (CSAC) SA.45s, eine erste Generation von Miniatur-Atomuhren für GPS-Empfänger, Rucksackfunkgeräte und Drohnen. Trotz seiner bescheidenen Abmessungen (40 mm x 34,75 mm) passt es wahrscheinlich nicht in eine Armbanduhr. Daher entschied sich Hoptroff, ein eher solides Taschenmodell (82 mm Durchmesser) damit auszustatten.

Hoptroff No 10 (das zehnte Uhrwerk der Marke) ist nicht nur die genaueste Uhr der Welt, sondern behauptet auch, das erste Goldgehäuse zu sein, das mit 3D-Drucktechnologie hergestellt wurde. Hoptroff ist sich noch nicht sicher, wie viel Gold benötigt wird, um den Fall herzustellen (die Arbeiten am ersten Prototyp waren bei Drucklegung der Ausgabe abgeschlossen), schlägt jedoch vor, dass die Kosten „ein Minimum von mehreren tausend Pfund“ betragen werden. Und mit all der Forschung und Entwicklung, die für die Entwicklung des Produkts erforderlich ist (denken Sie an die Gezeitenfunktion für harmonische Konstanten für 3.000 verschiedene Häfen), würden Sie erwarten, dass der Endverkaufspreis in der Region von 50.000 £ liegen wird.

Goldgehäuse von Modell Nr. 10 am Ausgang des 3D-Druckers und in fertiger Form

Käufer werden automatisch Mitglieder eines exklusiven Clubs und müssen eine schriftliche Verpflichtung unterschreiben, den Atomuhr-Chip nicht als Waffe zu verwenden. „Das ist eine unserer Vertragsbedingungen mit dem Lieferanten“, erklärt Herr Hoptroff, „denn der Atomchip wurde ursprünglich in Raketenlenksystemen verwendet.“ Nicht viel, um eine Uhr mit tadelloser Genauigkeit zu bekommen.

Die glücklichen Besitzer der No.10 von Hoptroff haben viel mehr als nur eine hochpräzise Uhr zur Verfügung. Das Modell dient auch als Taschennavigationssystem, mit dem sich der Längengrad auch nach vielen Jahren auf See mit einem einfachen Sextanten auf eine Seemeile genau bestimmen lässt. Das Modell wird zwei Zifferblätter erhalten, aber das Design von einem davon wird noch geheim gehalten. Die andere ist ein Wirbelsturm von Zählern, die bis zu 28 Komplikationen anzeigen: von allen möglichen chronometrischen Funktionen und Kalenderanzeigen bis hin zu Kompass, Thermometer, Hygrometer (ein Gerät zur Messung der Luftfeuchtigkeit), Barometer, Breiten- und Längenzähler und Ebbe/Flut Indikator. Ganz zu schweigen von den wichtigen Indikatoren für den Zustand des atomaren Thermostats.

Hoptroff plant, eine Reihe neuer Produkte auf den Markt zu bringen, darunter eine elektronische Version der legendären komplizierten Space Traveller-Uhr von George Daniels. Derzeit wird daran gearbeitet, die Bluetooth-Technologie in die Uhr zu integrieren, um die persönlichen Informationen des Trägers zu speichern und eine automatische Anpassung von Komplikationen wie der Mondphasenanzeige zu ermöglichen.

Die ersten Exemplare von No.10 werden nächstes Jahr erscheinen, aber das Unternehmen sucht vorerst nach geeigneten Partnern im Handel. „Wir könnten sicherlich versuchen, es online zu verkaufen, aber dies ist ein Premium-Modell, also müssen Sie es immer noch in Ihren Händen halten, um es zu schätzen. Das bedeutet, dass wir weiterhin die Dienste der Einzelhändler in Anspruch nehmen müssen und bereit sind, Verhandlungen aufzunehmen“, schließt Herr Hoptroff.

Und sogar Der Originalartikel ist auf der Website InfoGlaz.rf Link zum Artikel, aus dem diese Kopie erstellt wurde -

Oft hört man den Satz, dass Atomuhren immer die genaue Zeit anzeigen. Aber aus ihrem Namen ist schwer zu verstehen, warum Atomuhren am genauesten sind oder wie sie funktionieren.

Dass der Name das Wort „atomic“ enthält, bedeutet keineswegs, dass die Uhr lebensgefährlich ist, auch wenn sofort Gedanken an eine Atombombe oder ein Atomkraftwerk aufkommen. In diesem Fall sprechen wir nur über das Prinzip der Uhr. Wenn in einer gewöhnlichen mechanischen Uhr Zahnräder oszillierende Bewegungen ausführen und ihre Bewegungen gezählt werden, dann werden in Atomuhren Schwingungen von Elektronen innerhalb von Atomen gezählt. Um das Funktionsprinzip besser zu verstehen, erinnern wir uns an die Physik der Elementarteilchen.

Alle Substanzen in unserer Welt bestehen aus Atomen. Atome bestehen aus Protonen, Neutronen und Elektronen. Protonen und Neutronen verbinden sich zu einem Kern, der auch Nukleon genannt wird. Um den Kern herum bewegen sich Elektronen, die sich auf unterschiedlichen Energieniveaus befinden können. Das Interessanteste ist, dass ein Elektron beim Aufnehmen oder Abgeben von Energie von seinem Energieniveau auf ein höheres oder niedrigeres wechseln kann. Ein Elektron kann Energie aus elektromagnetischer Strahlung erhalten, indem es bei jedem Übergang elektromagnetische Strahlung einer bestimmten Frequenz absorbiert oder emittiert.

Meistens handelt es sich um Uhren, bei denen Atome des Elements Cäsium -133 zur Veränderung verwendet werden. Wenn in 1 Sekunde das Pendel herkömmliche Uhren macht 1 Schwingbewegung, dann die Elektronen bei Atomuhren Basierend auf Cäsium-133 geben sie beim Übergang von einem Energieniveau zum anderen elektromagnetische Strahlung mit einer Frequenz von 9192631770 Hz ab. Es stellt sich heraus, dass eine Sekunde in genau diese Anzahl von Intervallen unterteilt ist, wenn sie in Atomuhren berechnet wird. Dieser Wert wurde 1967 offiziell von der internationalen Gemeinschaft übernommen. Stellen Sie sich ein riesiges Zifferblatt vor, auf dem es nicht 60, sondern 9192631770 Unterteilungen gibt, die nur 1 Sekunde sind. Es ist nicht verwunderlich, dass Atomuhren so genau sind und eine Reihe von Vorteilen haben: Atome altern nicht, verschleißen nicht und die Schwingungsfrequenz ist für ein chemisches Element immer gleich, was einen gleichzeitigen Vergleich ermöglicht, z B. die Ablesungen von Atomuhren weit im Weltraum und auf der Erde, keine Angst vor Fehlern.

Dank Atomuhren konnte die Menschheit in der Praxis die Richtigkeit der Relativitätstheorie testen und sich davon überzeugen, als auf der Erde. Atomuhren sind auf vielen Satelliten und Raumfahrzeugen installiert, sie werden für Telekommunikationszwecke verwendet, für die mobile Kommunikation vergleichen sie die genaue Zeit auf dem gesamten Planeten. Ohne Übertreibung war es der Erfindung der Atomuhr zu verdanken, dass die Menschheit in das Zeitalter der Hochtechnologie eintreten konnte.

Wie funktionieren Atomuhren?

Cäsium-133 wird durch Verdampfen von Cäsiumatomen erhitzt, die durch ein Magnetfeld geleitet werden, wo Atome mit den gewünschten Energiezuständen ausgewählt werden.

Dann durchlaufen die ausgewählten Atome ein Magnetfeld mit einer Frequenz nahe 9192631770 Hz, wodurch ein Quarzoszillator entsteht. Unter dem Einfluss des Feldes ändern die Cäsiumatome erneut ihre Energiezustände und fallen auf den Detektor, der festlegt, wann die meisten ankommenden Atome den „richtigen“ Energiezustand haben werden. Die maximale Anzahl von Atomen mit einem geänderten Energiezustand zeigt an, dass die Frequenz des Mikrowellenfelds richtig gewählt ist, und dann wird ihr Wert in ein elektronisches Gerät eingespeist - einen Frequenzteiler, der die Frequenz um eine ganzzahlige Anzahl von Malen reduziert die Zahl 1, die die Bezugssekunde ist.

So werden die Cäsiumatome verwendet, um die richtige Frequenz des vom Quarzoszillator erzeugten Magnetfelds zu überprüfen und dabei zu helfen, es konstant zu halten.

Das ist interessant: Obwohl die heute existierenden Atomuhren beispiellos genau sind und Millionen von Jahren fehlerfrei laufen können, werden die Physiker hier nicht aufhören. Unter Verwendung von Atomen verschiedener chemischer Elemente arbeiten sie ständig daran, die Genauigkeit von Atomuhren zu verbessern. Von den neuesten Erfindungen - Atomuhren auf Strontium, die dreimal genauer sind als ihr Cäsium-Pendant. Es würde 15 Milliarden Jahre dauern, bis sie nur eine Sekunde hinterherhinken – eine Zeit länger als das Alter unseres Universums …

Wenn Sie einen Fehler finden, markieren Sie bitte einen Textabschnitt und klicken Sie darauf Strg+Eingabe.

Ist Ihnen schon einmal aufgefallen, dass Ihre Uhr zu Hause andere Zeiten anzeigt? Und wie kann man verstehen, welche der Optionen richtig ist? Wir werden die Antworten auf all diese Fragen lernen, indem wir das Funktionsprinzip von Atomuhren gründlich studieren.

Atomuhr: Beschreibung und Funktionsprinzip

Lassen Sie uns zuerst verstehen, was der Mechanismus einer Atomuhr ist. Eine Atomuhr ist ein Gerät, das die Zeit misst, aber es verwendet seine eigenen Schwingungen als Periodizität des Prozesses, und alles geschieht auf atomarer und molekularer Ebene. Daher die Genauigkeit.

Man kann mit Sicherheit sagen, dass Atomuhren am genauesten sind! Ihnen ist es zu verdanken, dass das Internet und die GPS-Navigation in der Welt funktionieren, wir kennen die genaue Position der Planeten im Sonnensystem. Der Fehler dieses Geräts ist so minimal, dass wir getrost sagen können, dass es Weltklasse ist! Dank Atomuhren findet die gesamte Welt eine Synchronisation statt, es ist bekannt, wo sich bestimmte Veränderungen befinden.

Wer hat diese Wunderuhr erfunden, wer hat sie erfunden und wer hat sie erfunden?

Bereits in den frühen vierziger Jahren des zwanzigsten Jahrhunderts war der Atomstrahl der Magnetresonanz bekannt. Seine Anwendung betraf zunächst überhaupt keine Uhren – es war nur eine Theorie. Aber bereits 1945 schlug Isidor Rabi vor, ein Gerät zu entwickeln, dessen Konzept darin bestand, dass sie auf der Grundlage der oben genannten Technik arbeiten. Aber sie waren so angeordnet, dass sie ungenaue Ergebnisse zeigten. Und bereits 1949 informierte das National Bureau of Standards die ganze Welt über die Schaffung der ersten Atomuhr, die auf molekularen Verbindungen von Ammoniak basierte, und bereits 1952 wurden Technologien beherrscht, um einen Prototyp auf der Basis von Cäsiumatomen herzustellen.

Wenn man von den Atomen Ammoniak und Cäsium hört, stellt sich die Frage, aber sind diese wunderbaren Uhren radioaktiv? Die Antwort ist eindeutig - nein! Sie haben keinen atomaren Zerfall.

Heutzutage gibt es viele Materialien, aus denen Atomuhren hergestellt werden. Zum Beispiel ist es Silizium, Quarz, Aluminium und sogar Silber.

Wie funktioniert das Gerät?

Werfen wir einen Blick darauf, wie nuklearbetriebene Uhren aussehen und funktionieren. Dazu bieten wir eine Beschreibung ihrer Arbeit:

Für das korrekte Funktionieren dieser speziellen Uhr wird weder ein Pendel noch ein Quarzoszillator benötigt. Sie nutzen Signale, die durch den Quantenübergang eines Elektrons zwischen zwei Energieniveaus eines Atoms entstehen. Als Ergebnis können wir eine elektromagnetische Welle beobachten. Mit anderen Worten, wir bekommen häufige Schwankungen und eine extrem hohe Systemstabilität. Jedes Jahr werden aufgrund neuer Entdeckungen Prozesse modernisiert. Vor nicht allzu langer Zeit wurden die Spezialisten des National Institute for Standards and Technology (NIST) zu Champions und stellten einen absoluten Weltrekord auf. Sie konnten die Genauigkeit der Atomuhr (basierend auf Strontium) auf die allerminimale Abweichung bringen, nämlich: 15 Milliarden Jahre lang läuft eine Sekunde. Ja, ja, es schien Ihnen nicht, dass dies das Zeitalter ist, das unserem Universum jetzt zugewiesen wird. Das ist eine riesige Entdeckung! Schließlich war es Strontium, das bei dieser Platte die wichtigste Rolle spielte. Als Analogon zum „Ticken“ fungierten die sich bewegenden Atome des Strontiums in seinem räumlichen Gitter, das Wissenschaftler mit einem Laser erzeugten. Wie immer in der Wissenschaft scheint theoretisch alles bezaubernd und bereits verbessert, aber die Instabilität eines solchen Systems kann sich in der Praxis als weniger erfreulich herausstellen. Aufgrund seiner Instabilität erlangte das Cäsium-basierte Gerät weltweite Popularität.

Überlegen Sie nun, woraus ein solches Gerät besteht. Die wichtigsten Details hier sind:

• Quantendiskriminator;
• Quarzgenerator;
• Elektronik.

Ein Quarzoszillator ist eine Art Selbstoszillator, aber um ein Resonanzelement zu erzeugen, verwendet er piezoelektrische Moden eines Quarzkristalls.

Mit einem Quantendiskriminator und einem Quarzoszillator werden sie unter dem Einfluss ihrer Frequenz verglichen, und wenn ein Unterschied festgestellt wird, erfordert die Rückkopplungsschaltung, dass sich der Kristalloszillator auf den erforderlichen Wert einstellt und die Stabilität und Genauigkeit erhöht. Als Ergebnis sehen wir am Ausgang den genauen Wert auf dem Zifferblatt, was die genaue Uhrzeit bedeutet.

Frühe Modelle waren ziemlich groß, aber im Oktober 2013 sorgte BathysHawaii mit der Veröffentlichung von Miniatur-Atomarmbanduhren für Furore.Am Anfang hielten alle diese Aussage für einen Witz, aber es stellte sich bald heraus, dass es wirklich wahr war, und sie funktionieren auf dem Basis der Atomquelle Cäsium 133 Die Sicherheit des Geräts wird dadurch gewährleistet, dass das radioaktive Element in Form eines Gases in einer speziellen Kapsel enthalten ist. Ein Foto dieses Geräts ist um die Welt gestreut.

Viele am Thema Atomuhren interessierte sich für das Thema einer Stromquelle. Der Akku ist ein Lithium-Ionen-Akku. Aber leider ist noch nicht bekannt, wie lange eine solche Batterie hält.

BathysHawaii-Uhren waren wirklich die ersten atomaren Armbanduhren. Zuvor waren bereits Fälle der Veröffentlichung eines relativ tragbaren Geräts bekannt, das jedoch leider keine Atomstromquelle hatte, sondern nur über drahtlosen Funk mit echten Gesamtuhren synchronisiert wurde. Erwähnenswert sind auch die Kosten für ein solches Gerät. Das Vergnügen wurde auf 12.000 US-Dollar geschätzt. Es war klar, dass Uhren mit einem solchen Preis keine große Popularität erlangen würden, aber das Unternehmen strebte dies nicht an, weil sie sie in einer sehr begrenzten Auflage herausbrachten.

Wir kennen mehrere Arten von Atomuhren. Es gibt keine signifikanten Unterschiede in ihrem Design und ihren Prinzipien, aber es gibt immer noch einige Unterschiede. Die wichtigsten liegen also darin, Änderungen und ihre Elemente zu finden. Folgende Arten von Uhren lassen sich unterscheiden:

1. Wasserstoff. Ihre Essenz liegt in der Tatsache, dass Wasserstoffatome auf dem richtigen Energieniveau unterstützt werden, die Wände jedoch aus einem speziellen Material bestehen. Daraus schließen wir, dass es Wasserstoffatome sind, die sehr schnell ihren Energiezustand verlieren.
2. Cäsium. Die Basis dafür sind Cäsiumstrahlen. Es ist erwähnenswert, dass diese Uhren am genauesten sind.
3. Rubidium. Sie sind die einfachsten und sehr kompakt.

Wie bereits erwähnt, sind Atomuhren ein sehr teures Gerät. Damit ist die Taschenuhr Hoptroff No. 10 ein strahlender Vertreter einer neuen Spielzeuggeneration. Der Preis für ein so stilvolles und sehr genaues Accessoire beträgt 78.000 Dollar. Nur 12 Exemplare wurden veröffentlicht. Der Mechanismus dieses Geräts verwendet ein Hochfrequenz-Schwingungssystem, das auch mit einem GPS-Signal ausgestattet ist.

Das Unternehmen hat hier nicht aufgehört und möchte in seiner zehnten Version der Uhr die Methode anwenden, das Uhrwerk in ein Goldgehäuse zu legen, das auf einem beliebten 3D-Drucker gedruckt wird. Es ist noch nicht genau berechnet, wie viel Gold für eine solche Version des Gehäuses verwendet wird, aber der geschätzte Verkaufspreis dieses Meisterwerks ist bereits bekannt - er belief sich auf etwa 50.000 Pfund Sterling. Und dies ist nicht der endgültige Preis, obwohl er alle Forschungsvolumina sowie die Neuheit und Einzigartigkeit des Geräts selbst berücksichtigt.

Historische Fakten über die Verwendung von Uhren

Wie, wenn man über Atomuhren spricht, ganz zu schweigen von den interessantesten Fakten, die mit ihnen und der Zeit im Allgemeinen verbunden sind:

1. Wussten Sie, dass die älteste Sonnenuhr im alten Ägypten gefunden wurde?
2. Der Fehler von Atomuhren ist minimal - er beträgt nur 1 Sekunde für 6 Millionen Jahre.
3. Jeder weiß, dass eine Minute 60 Sekunden hat. Aber nur wenige Menschen haben sich damit beschäftigt, wie viele Millisekunden in einer Sekunde sind? Und es sind nicht viele und nicht wenige – tausend!
4. Jeder Tourist, der London besuchen konnte, wollte Big Ben mit eigenen Augen sehen. Aber leider wissen nicht viele Menschen, dass Big Ben überhaupt kein Turm ist, sondern der Name einer riesigen Glocke, die 13 Tonnen wiegt und im Inneren des Turms läutet.
5. Haben Sie sich jemals gefragt, warum die Zeiger unserer Uhren genau von links nach rechts gehen oder wie wir früher „im Uhrzeigersinn“ sagten? Diese Tatsache hängt direkt damit zusammen, wie sich der Schatten auf der Sonnenuhr bewegt.
6. Die allererste Armbanduhr wurde im Jahr 1812 erfunden. Sie wurden vom Gründer von Breguet für die Königin von Neapel hergestellt.
7. Vor dem Ersten Weltkrieg galten Armbanduhren nur als Accessoire für Frauen, doch schon bald wurden sie aufgrund ihrer Bequemlichkeit auch vom männlichen Teil der Bevölkerung gewählt.