Ensinnäkin kello käyttää ihmiskuntaa ohjelma-ajan hallinnan välineenä.

Toiseksi ajan mittaus on nykyään myös tarkin mittaustapa kaikista suoritettavista mittauksista: ajan mittauksen tarkkuuden määrää nyt uskomaton virhe, joka on suuruusluokkaa 1 10-11 % eli 1 s 300 tuhannessa vuodessa.

Ja nykyaikaiset ihmiset saavuttivat tällaisen tarkkuuden, kun he alkoivat käyttää atomeja, jotka värähtelynsä seurauksena ovat atomikellon säätelijä. Cesiumatomit ovat kahdessa energiatilassa, joita tarvitsemme (+) ja (-). Sähkömagneettista säteilyä, jonka taajuus on 9 192 631 770 hertsiä, syntyy, kun atomit siirtyvät tilasta (+) tilaan (-), mikä luo tarkan jatkuvan jaksollisen prosessin - atomikellon koodin säätimen.

Jotta atomikellot toimisivat tarkasti, cesium on haihdutettava uunissa, minkä seurauksena sen atomit irtoavat. Uunin takana on lajittelumagneetti, jolla on atomien kapasiteetti (+)-tilassa ja siinä mikroaaltokentässä tapahtuvan säteilytyksen seurauksena atomit menevät (-)-tilaan. Toinen magneetti ohjaa atomit, jotka ovat vaihtaneet tilan (+) tilaan (-) vastaanottavaan laitteeseen. Monet atomeja, jotka ovat muuttaneet tilaansa, saadaan vain, jos mikroaaltosäteilijän taajuus on täsmälleen sama kuin cesiumin värähtelytaajuus 9 192 631 770 hertsiä. Muuten vastaanottimen atomien määrä (-) pienenee.

Laitteet tarkkailevat ja säätävät jatkuvasti taajuuden 9 192 631 770 hertsin vakioisuutta. Joten kellosuunnittelijoiden unelma toteutui, löydettiin ehdottoman jatkuva jaksollinen prosessi: 9 192 631 770 hertsin taajuus, joka säätelee atomikellojen kulkua.

Nykyään kansainvälisen sopimuksen seurauksena toinen määritellään säteilyjaksoksi kerrottuna 9 192 631 770:lla, mikä vastaa siirtymää cesiumatomin (cesium-133-isotoopin) perustilan kahden superhienon rakenteellisen tason välillä.

Tarkan ajan mittaamiseen voidaan käyttää myös muiden atomien ja molekyylien, kuten kalsium-, rubidium-, cesium-, strontium-, vetymolekyylien, jodin, metaanin jne. värähtelyä. Cesiumatomin säteily tunnistetaan kuitenkin taajuusstandardi. Eri atomien värähtelyjen vertaamiseksi standardiin (cesiumiin) luotiin titaanisafiirilaser, joka tuottaa laajan taajuusalueen välillä 400-1000 nm.

Ensimmäinen kvartsin ja atomikellojen luoja oli englantilainen kokeellinen fyysikko Essen Lewis (1908-1997). Vuonna 1955 hän loi ensimmäisen atomitaajuus (aika) standardin cesiumatomien säteelle. Tämän työn tuloksena 3 vuotta myöhemmin (1958) syntyi atomitaajuusstandardiin perustuva aikapalvelu.

Neuvostoliitossa akateemikko Nikolai Gennadievich Basov esitti ideansa atomikellojen luomisesta.

Niin, atomikello, yksi täsmällisistä kellotyypeistä on ajan mittauslaite, jossa atomien tai molekyylien luonnollisia värähtelyjä käytetään heilurina. Atomikellojen vakaus on paras kaikista olemassa olevista kellotyypeistä, mikä on avain korkeimpaan tarkkuuteen. Atomikellogeneraattori tuottaa yli 32 768 pulssia sekunnissa, toisin kuin perinteiset kellot. Atomien värähtelyt eivät riipu ilman lämpötilasta, tärinästä, kosteudesta ja monista muista ulkoisista tekijöistä.

Nykymaailmassa, kun navigointi on yksinkertaisesti välttämätöntä, atomikelloista on tullut välttämättömiä avustajia. He pystyvät määrittämään avaruusaluksen, satelliitin, ballistisen ohjuksen, lentokoneen, sukellusveneen, auton sijainnin automaattisesti satelliittiviestinnän kautta.

Siten viimeisten 50 vuoden ajan atomikelloja tai pikemminkin cesiumkelloja on pidetty tarkimpina. Ne ovat olleet pitkään käytössä kellonaikapalveluissa, ja myös jotkut radioasemat lähettävät aikasignaaleja.

Atomikello sisältää 3 osaa:

kvanttidiskriminaattori,

kvartsioskillaattori,

elektroniikkakompleksi.

Kvartsioskillaattori tuottaa taajuuden (5 tai 10 MHz). Oskillaattori on RC-radiogeneraattori, jossa kvartsikiteen pietsosähköisiä moodeja käytetään resonanssielementtinä, jossa verrataan tilan (+) tilaan (-) vaihtaneita atomeja. Stabiilin lisäämiseksi sen taajuus on jatkuvasti verrattuna kvanttidiskriminaattorin (atomit tai molekyylit) värähtelyihin. Kun värähtelyissä on eroa, elektroniikka säätää kvartsioskillaattorin taajuuden nollaan, mikä nostaa kellon vakauden ja tarkkuuden halutulle tasolle.

Nykymaailmassa atomikelloja voidaan valmistaa missä tahansa maailman maassa käytettäväksi jokapäiväisessä elämässä. Ne ovat kooltaan hyvin pieniä ja kauniita. Atomikellojen uusimman uutuuden koko on vain tulitikkurasia ja niiden alhainen virrankulutus on alle 1 watti. Ja tämä ei ole raja, ehkä tulevaisuudessa teknologinen kehitys saavuttaa matkapuhelimet. Tällä välin kompakteja atomikelloja asennetaan vain strategisiin ohjuksiin, mikä lisää navigoinnin tarkkuutta moninkertaisesti.

Nykyään verkkokaupoista voi ostaa miesten ja naisten atomikelloja jokaiseen makuun ja budjettiin.

Symmetricom ja Sandia National Laboratory loivat vuonna 2011 maailman pienimmän atomikellon. Tämä kello on 100 kertaa kompaktimpi kuin aiemmat kaupallisesti saatavilla olevat versiot. Atomikronometrin koko ei ole suurempi kuin tulitikkurasia. Se tarvitsee toimiakseen 100 mW tehoa, mikä on 100 kertaa vähemmän kuin edeltäjänsä.

Kellon kokoa oli mahdollista pienentää asentamalla jousien ja hammaspyörien sijasta mekanismi, joka toimii periaatteella, joka määrittää cesiumatomien lähettämien sähkömagneettisten aaltojen taajuuden merkityksettömän tehon lasersäteen vaikutuksesta.

Tällaisia ​​kelloja käytetään navigoinnissa sekä kaivostyöntekijöiden, sukeltajien työssä, jossa on tarpeen synkronoida aika tarkasti pinnalla olevien kollegoiden kanssa, sekä tarkoissa aikapalveluissa, koska atomikellojen virhe on alle 0,000001 murto-osaa. sekunti päivässä. Ennätyksellisen pienen Symmetricom-atomikellon hinta oli noin 1500 dollaria.

2000-luvulla satelliittinavigointi kehittyy nopeaa vauhtia. Voit määrittää minkä tahansa satelliitteihin jollain tavalla yhteydessä olevien esineiden sijainnin, olipa kyseessä sitten matkapuhelin, auto tai avaruusalus. Mutta mitään tästä ei olisi voitu saavuttaa ilman atomikelloja.
Näitä kelloja käytetään myös erilaisissa tietoliikenteessä, esimerkiksi matkaviestinnässä. Tämä on tarkin kello, joka on koskaan ollut, on ja tulee olemaan. Ilman niitä Internet ei olisi synkronoitu, emme tietäisi etäisyyttä muihin planeetoihin ja tähtiin jne.
Tunteissa otetaan 9 192 631 770 jaksoa sähkömagneettista säteilyä sekunnissa, mikä tapahtui siirtymävaiheessa cesium-133-atomin kahden energiatason välillä. Tällaisia ​​kelloja kutsutaan cesiumkelloiksi. Mutta tämä on vain yksi kolmesta atomikellotyypistä. Siellä on myös vety- ja rubidiumkelloja. Useimmiten käytetään kuitenkin cesiumkelloja, joten emme käsittele muita tyyppejä.

Kuinka cesiumatomikello toimii

Laser lämmittää cesiumin isotoopin atomeja ja tällä hetkellä sisäänrakennettu resonaattori rekisteröi kaikki atomien siirtymät. Ja kuten aiemmin mainittiin, 9 192 631 770 siirtymän saavuttamisen jälkeen lasketaan yksi sekunti.

Kellon koteloon sisäänrakennettu laser lämmittää cesiumin isotoopin atomeja. Tällä hetkellä resonaattori rekisteröi atomien siirtymien lukumäärän uudelle energiatasolle. Kun tietty taajuus saavutetaan, nimittäin 9 192 631 770 siirtymää (Hz), sekunti lasketaan kansainvälisen SI-järjestelmän perusteella.

Käytä satelliittinavigaatiossa

Objektin tarkan sijainnin määrittäminen satelliitin avulla on erittäin vaikeaa. Tähän liittyy useita satelliitteja, nimittäin enemmän kuin 4 vastaanotinta kohden (esimerkiksi GPS-navigaattori autossa).

Jokaisessa satelliitissa on erittäin tarkka atomikello, satelliittiradiolähetin ja digitaalinen koodigeneraattori. Radiolähetin lähettää Maahan digitaalisen koodin ja satelliitin tiedot, nimittäin rataparametrit, mallin jne.

Kello määrittää, kuinka kauan tämän koodin saapuminen vastaanottimeen kestää. Näin ollen, kun tiedetään radioaaltojen etenemisnopeus, lasketaan etäisyys maan päällä olevaan vastaanottimeen. Mutta yksi satelliitti ei riitä tähän. Nykyaikaiset GPS-vastaanottimet voivat vastaanottaa signaaleja 12 satelliitista samanaikaisesti, mikä mahdollistaa kohteen sijainnin määrittämisen jopa 4 metrin tarkkuudella. Muuten on syytä huomata, että GPS-navigaattorit eivät vaadi tilausmaksua.

Atomikello 27.1.2016

Sveitsi tai edes Japani ei tule olemaan maailman ensimmäisen taskukellon, jossa on sisäänrakennettu atomiaikastandardi, syntypaikka. Idea niiden luomisesta sai alkunsa Ison-Britannian sydämestä Lontoossa toimivalta Hoptroff-brändiltä

Atomi, tai kuten niitä kutsutaan myös "kvanttikelloiksi", on laite, joka mittaa aikaa käyttämällä luonnollisia värähtelyjä, jotka liittyvät atomien tai molekyylien tasolla tapahtuviin prosesseihin. Richard Hoptroff päätti, että korkean teknologian laitteista kiinnostuneiden nykyaikaisten herrasmiesten on aika vaihtaa mekaaniset taskukellonsa johonkin ylellisempään ja erikoisempaan sekä nykyajan kaupunkitrendejä vastaavaan.

Joten yleisölle esitettiin tyylikäs taskuatomikello Hoptroff No. 10, joka voi yllättää nykyaikaisen sukupolven, jota houkuttelee vempaimien runsaus, paitsi retrotyylillään ja fantastisella tarkkuudellaan myös käyttöiällä. Kehittäjien mukaan, kun sinulla on tämä kello mukanasi, pystyt pysymään täsmällisimpana henkilönä vähintään 5 miljardia vuotta.

Mitä muuta voit tietää niistä mielenkiintoista...

Kuva 2.

Kaikille niille, jotka eivät ole koskaan olleet kiinnostuneita tällaisista kelloista, kannattaa lyhyesti kuvailla niiden toimintaperiaatetta. "Atomilaitteen" sisällä ei ole mitään, mikä muistuttaisi klassista mekaanista kelloa. Hoptroffissa nro. 10 ei sisällä mekaanisia osia sellaisenaan. Sen sijaan atomiset taskukellot on varustettu suljetulla kammiolla, joka on täytetty radioaktiivisella kaasumaisella aineella, jonka lämpötilaa valvotaan erityisellä uunilla. Tarkka ajoitus on seuraava: laserit virittävät kemiallisen alkuaineen atomit, joka on eräänlainen kellon "täyteaine", ja resonaattori vangitsee ja mittaa jokaisen atomin siirtymän. Nykyään tällaisten laitteiden peruselementti on cesium. Jos muistamme SI-yksikköjärjestelmän, niin siinä sekunnin arvo liittyy sähkömagneettisen säteilyn jaksojen lukumäärään cesium-133-atomien siirtymisen aikana energiatasolta toiselle.

Kuva 3.

Jos älypuhelimissa prosessorisirua pidetään laitteen sydämenä, niin Hoptroffissa No. 10 tämän roolin ottaa viiteajan moduuligeneraattori. Sen toimittaa Symmetricom, ja itse siru oli alun perin keskittynyt käytettäväksi sotateollisuudessa - miehittämättömissä ilma-aluksissa.

CSAC-atomikello on varustettu lämpötilasäädetyllä termostaatilla, joka sisältää cesiumhöyrykammion. Laserin vaikutuksesta cesium-133-atomeihin alkaa niiden siirtyminen energiatilasta toiseen, jonka mittaamiseen käytetään mikroaaltoresonaattoria. Vuodesta 1967 lähtien kansainvälinen yksikköjärjestelmä (SI) on määritellyt yhden sekunnin 9 192 631 770 sähkömagneettisen säteilyn jaksoksi, jotka johtuvat cesium-133-atomin perustilan kahden hyperhienon tason siirtymisestä. Tämän perusteella on vaikea kuvitella teknisesti tarkempaa cesiumiin perustuvaa kelloa. Ajan mittaan ajanmittauksen viimeaikaisen edistyksen myötä uudet optiset kellot, jotka perustuvat ultraviolettitaajuudella (100 000 kertaa cesiumkellojen mikroaaltotaajuudet) pulssivaan alumiini-ioniin, ovat satoja kertoja tarkempia kuin atomikellot. Yksinkertaisesti sanottuna Hoptroffin uuden No.10 taskukellon tarkkuus on 0,0015 sekuntia vuodessa, 2,4 miljoonaa kertaa parempi kuin COSC-standardit.

Kuva 4.

Myös laitteen toiminnallinen puoli on fantasian partaalla. Sen avulla saat selville: kellonajan, päivämäärän, viikonpäivän, vuoden, leveys- ja pituusasteet eri arvoissa, paineen, kosteuden, sidereaalisen tunnit ja minuutit, vuorovesiennusteen ja monia muita indikaattoreita. Kello on kullanvärinen, ja sen jalometallikuoren luomisessa on tarkoitus käyttää 3D-tulostusta.

Richard Hoptrof uskoo vilpittömästi, että juuri tämä tuotantovaihtoehto hänen jälkeläisilleen on edullisin. Suunnittelun suunnittelukomponentin hieman muuttamiseksi ei tarvitse rakentaa tuotantolinjaa ollenkaan uudelleen, vaan käyttää tähän 3D-tulostuslaitteen toiminnallista joustavuutta. Totta, on syytä huomata, että esitetty prototyyppikello tehtiin klassisella tavalla.

Kuva 5.

Aika on erittäin arvokasta nykyään, ja taskukello Hoptroff No. 10 on suora vahvistus tälle. Ennakkotietojen mukaan ensimmäinen erä ydinlaitteita tulee olemaan 12 yksikköä, ja kustannusten osalta yhden kopion hinta on 78 000 dollaria.

Kuva 6.

Brändin toimitusjohtajan Richard Hoptroffin mukaan Hoptroffin Lontoon asunto oli keskeisessä roolissa ideassa. ”Kvartsiliikkeissämme käytämme erittäin tarkkaa värähtelyjärjestelmää GPS-signaalilla. Mutta Lontoon keskustassa tätä signaalia ei ole niin helppo saada kiinni. Kerran Greenwichin observatoriolla ollessani näin siellä Hewlett Packardin atomikellon ja päätin ostaa jotain vastaavaa itselleni Internetin kautta. Ja en voinut. Sen sijaan törmäsin tietoon Symmetricon-sirusta, ja kolmen päivän pohdinnan jälkeen tajusin, että se sopisi täydellisesti taskukelloksi.

Kyseinen siru on SA.45s cesium atomic clock (CSAC), ensimmäisen sukupolven pienoiskoossa olevat atomikellot GPS-vastaanottimille, reppuradioille ja droneille. Vaatimattomista mitoistaan ​​(40 mm x 34,75 mm) huolimatta se ei todennäköisesti sovi rannekelloon. Siksi Hoptroff päätti varustaa niillä melko vankan taskumallin (halkaisija 82 mm).

Sen lisäksi, että Hoptroff No 10 (brändin kymmenes osa) on maailman tarkin kello, se väittää olevansa ensimmäinen kultakotelo, joka on valmistettu 3D-tulostustekniikalla. Hoptroff ei ole vielä varma, kuinka paljon kultaa tarvitaan kotelon tekemiseen (ensimmäisen prototyypin työ saatiin päätökseen, kun numero ilmestyi), mutta ehdottaa, että sen hinta on "vähintään useita tuhansia puntaa". Ja kun otetaan huomioon kaikki tuotteen kehittämiseen tarvittava T&K (ajattele vuorovesitoimintoa harmonisten vakioiden 3 000 eri portille), voit odottaa lopullisen vähittäishinnan olevan noin 50 000 puntaa.

Kultainen kotelo mallia nro 10 3D-tulostimen ulostulossa ja valmiissa muodossa

Ostajista tulee automaattisesti eksklusiivisen klubin jäseniä, ja heidän tulee allekirjoittaa kirjallinen sitoumus olla käyttämättä atomikelloa aseena. "Tämä on yksi sopimusehdoista toimittajan kanssa", selittää Hoptroff, "koska atomisirua käytettiin alun perin ohjusten ohjausjärjestelmissä." Ei paljon siitä, että pystyin hankkimaan kellon moitteettomasti.

Hoptroff No.10:n onnellisilla omistajilla on käytössään paljon muutakin kuin vain tarkka kello. Malli toimii myös taskunavigointilaitteena, mikä mahdollistaa pituusasteen määrittämisen yhden merimailin tarkkuudella, jopa useiden merellä viettämien vuosien jälkeen, käyttämällä yksinkertaista sekstanttia. Malli saa kaksi kellotaulua, mutta niistä yhden suunnittelu on edelleen salassa. Toinen on laskurien pyörre, joka näyttää jopa 28 komplikaatiota: kaikista mahdollisista kronometrisista toiminnoista ja kalenterin osoittimista kompassiin, lämpömittariin, kosteusmittariin (kosteustason mittauslaite), barometriin, leveys- ja pituusastelaskuriin sekä nousuveden ja laskuveden mittariin. indikaattori. Ja tässä puhumattakaan atomitermostaatin tilan tärkeistä indikaattoreista.

Hoptroff aikoo tuoda markkinoille useita uusia tuotteita, mukaan lukien sähköisen version George Danielsin legendaarisesta monimutkaisesta Space Traveler -kellosta. Niitä kehitetään parhaillaan Bluetooth-tekniikan integroimiseksi kelloon käyttäjän henkilökohtaisten tietojen tallentamiseksi ja komplikaatioiden, kuten kuun vaiheen näytön, automaattisen säätämisen mahdollistamiseksi.

No.10:n ensimmäiset kappaleet ilmestyvät ensi vuonna, mutta toistaiseksi yritys etsii sopivia yhteistyökumppaneita jälleenmyyjien keskuudesta. ”Voimme varmasti yrittää myydä sitä verkossa, mutta tämä on premium-malli, joten sinun on silti pidettävä sitä käsissäsi arvostaaksesi sitä. Tämä tarkoittaa, että joudumme edelleen käyttämään jälleenmyyjien palveluita ja olemme valmiit aloittamaan neuvottelut”, Hoptroff päättää.

Ja jopa Alkuperäinen artikkeli on verkkosivustolla InfoGlaz.rf Linkki artikkeliin, josta tämä kopio on tehty -

Usein kuulemme lauseen, että atomikellot näyttävät aina tarkan ajan. Mutta heidän nimensä perusteella on vaikea ymmärtää, miksi atomikellot ovat tarkimpia tai kuinka ne toimivat.

Se, että nimessä on sana "atomi", ei tarkoita ollenkaan, että kello olisi hengenvaarallinen, vaikka heti tulisi mieleen ajatuksia atomipommista tai ydinvoimalasta. Tässä tapauksessa puhumme vain kellon periaatteesta. Jos tavallisessa mekaanisessa kellossa hammaspyörät tekevät värähteleviä liikkeitä ja niiden liikkeet lasketaan, niin atomikelloissa lasketaan atomien sisällä olevien elektronien värähtelyt. Ymmärtääksemme paremmin toimintaperiaatetta, muistetaan alkuainehiukkasten fysiikka.

Kaikki aineet maailmassamme koostuvat atomeista. Atomit koostuvat protoneista, neutroneista ja elektroneista. Protonit ja neutronit yhdistyvät toisiinsa muodostaen ytimen, jota kutsutaan myös nukleoniksi. Elektronit liikkuvat ytimen ympärillä, joka voi olla eri energiatasoilla. Mielenkiintoisinta on, että absorboiessaan tai luovuttaessaan energiaa elektroni voi siirtyä energiatasostaan ​​korkeammalle tai alemmalle tasolle. Elektroni voi vastaanottaa energiaa sähkömagneettisesta säteilystä absorboimalla tai emittoimalla tietyntaajuista sähkömagneettista säteilyä jokaisessa siirtymässä.

Useimmiten on kelloja, joissa elementin Cesium -133 atomeja käytetään muuttumaan. Jos 1 sekunnissa heiluri perinteiset kellot tekee 1 värähtelevän liikkeen, sitten elektronit atomikelloissa Cesium-133:een perustuen, siirtyessään energiatasolta toiselle ne lähettävät sähkömagneettista säteilyä taajuudella 9192631770 Hz. Osoittautuu, että yksi sekunti jaetaan täsmälleen tähän määrään intervalleja, jos se lasketaan atomikelloissa. Kansainvälinen yhteisö hyväksyi tämän arvon virallisesti vuonna 1967. Kuvittele valtava kellotaulu, jossa ei ole 60, vaan 9192631770 jakoa, jotka ovat vain 1 sekunti. Ei ole yllättävää, että atomikellot ovat niin tarkkoja ja niillä on useita etuja: atomit eivät vanhene, eivät kulu ja värähtelytaajuus on aina sama yhdelle kemialliselle alkuaineelle, mikä mahdollistaa samanaikaisen vertailun, esim. Esimerkiksi atomikellojen lukemat kaukana avaruudessa ja maan päällä, ei pelkää virheitä.

Atomikellojen ansiosta ihmiskunta pystyi käytännössä testaamaan suhteellisuusteorian oikeellisuutta ja varmistamaan sen, kuin maan päällä. Atomikellot on asennettu moniin satelliitteihin ja avaruusaluksiin, niitä käytetään tietoliikennetarpeisiin, matkaviestintään, ne vertaavat tarkkaa aikaa koko planeetalla. Ilman liioittelua, juuri atomikellon keksimisen ansiosta ihmiskunta pääsi korkean teknologian aikakauteen.

Kuinka atomikellot toimivat?

Cesium-133 kuumennetaan haihduttamalla cesiumatomeja, jotka johdetaan magneettikentän läpi, josta valitaan atomit, joilla on haluttu energiatila.

Sitten valitut atomit kulkevat magneettikentän läpi, jonka taajuus on lähellä 9192631770 Hz, mikä luo kvartsioskillaattorin. Kentän vaikutuksesta cesiumatomit muuttavat taas energiatilojaan ja putoavat ilmaisimen päälle, joka kiinnittää milloin suurimmalla määrällä saapuvia atomeja on "oikea" energiatila. Atomien enimmäismäärä muuttuneella energiatilalla osoittaa, että mikroaaltokentän taajuus on valittu oikein, ja sitten sen arvo syötetään elektroniseen laitteeseen - taajuudenjakajaan, joka pienentäen taajuutta kokonaislukumäärän kertoja saa numero 1, joka on viite toinen.

Siten cesiumatomeja käytetään tarkistamaan kideoskillaattorin tuottaman magneettikentän oikea taajuus, mikä auttaa pitämään sen vakiona.

Se on kiinnostavaa: vaikka nykyiset atomikellot ovatkin ennennäkemättömän tarkkoja ja voivat toimia ilman virheitä miljoonia vuosia, fyysikot eivät aio lopettaa tähän. Käyttämällä eri kemiallisten alkuaineiden atomeja he työskentelevät jatkuvasti parantaakseen atomikellojen tarkkuutta. Uusimmista keksinnöistä - atomikellot päällä strontium, jotka ovat kolme kertaa tarkempia kuin niiden cesiumvastineet. Heiltä menisi 15 miljardia vuotta ollakseen vain sekunnin jäljessä – aikaa pidempi kuin maailmankaikkeutemme ikä...

Jos löydät virheen, korosta tekstinpätkä ja napsauta Ctrl+Enter.

Oletko koskaan huomannut, että kellosi kotona näyttää eri aikoja? Ja kuinka ymmärtää, mikä kaikista vaihtoehdoista on oikea? Opimme vastaukset kaikkiin näihin kysymyksiin tutkimalla perusteellisesti atomikellojen toimintaperiaatetta.

Atomikello: kuvaus ja toimintaperiaate

Ymmärrämme ensin, mikä atomikellon mekanismi on. Atomikello on laite, joka mittaa aikaa, mutta se käyttää omaa värähtelyään prosessin jaksottavuutena ja kaikki tapahtuu atomi- ja molekyylitasolla. Siksi tarkkuus.

On turvallista sanoa, että atomikellot ovat tarkimpia! Heidän ansiostaan ​​Internet ja GPS-navigointi toimivat maailmassa, tiedämme planeettojen tarkan sijainnin aurinkokunnassa. Tämän laitteen virhe on niin minimaalinen, että voimme vakuuttavasti sanoa, että ne ovat maailmanluokan! Atomikellojen ansiosta koko maailman synkronointi tapahtuu, tiedetään missä nämä tai nuo muutokset ovat.

Kuka keksi, kuka loi ja myös kuka keksi tämän ihmekellon?

1900-luvun 40-luvun alussa tiedettiin magneettisen resonanssin atomisäteestä. Aluksi sen sovellus ei koskenut kelloja millään tavalla - se oli vain teoria. Mutta jo vuonna 1945 Isidor Rabi ehdotti laitteen luomista, jonka ideana oli, että ne toimivat edellä kuvatun tekniikan perusteella. Mutta ne oli järjestetty siten, että ne osoittivat epätarkkoja tuloksia. Ja jo vuonna 1949 National Bureau of Standards ilmoitti koko maailmalle ensimmäisen atomikellon luomisesta, joka perustui ammoniakin molekyyliyhdisteisiin, ja jo vuonna 1952 hallittiin teknologiat cesiumatomeihin perustuvan prototyypin luomiseksi.

Ammoniakin ja cesiumin atomeista kuultuaan herää kysymys, mutta ovatko nämä upeat kellot radioaktiivisia? Vastaus on yksiselitteinen - ei! Niissä ei ole atomihajoamista.

Nykyään on monia materiaaleja, joista atomikellot valmistetaan. Se on esimerkiksi piitä, kvartsia, alumiinia ja jopa hopeaa.

Miten laite toimii?

Katsotaanpa, miltä ydinkäyttöiset kellot näyttävät ja toimivat. Tätä varten tarjoamme kuvauksen heidän työstään:

Tämän kellon oikeaan toimintaan ei tarvita heiluria eikä kvartsioskillaattoria. He käyttävät signaaleja, jotka syntyvät yhden elektronin kvanttisiirrosta atomin kahden energiatason välillä. Tämän seurauksena pystymme tarkkailemaan sähkömagneettista aaltoa. Toisin sanoen saamme toistuvia vaihteluita ja erittäin korkean järjestelmän vakauden. Joka vuosi uusien löytöjen ansiosta prosesseja modernisoidaan. Ei niin kauan sitten National Instituteo fStandardsand Technologyn (NIST) asiantuntijat tulivat mestareiksi ja asettivat absoluuttisen maailmanennätyksen. He pystyivät saattamaan atomikellon tarkkuuden (perustuen strontiumiin) minimipoikkeamaan, nimittäin: 15 miljardin vuoden ajan yksi sekunti juoksee. Kyllä, kyllä, sinusta ei tuntunut siltä, ​​että tämä on se ikä, joka nyt määrätään universumillemme. Tämä on valtava löytö! Loppujen lopuksi strontiumilla oli tärkein rooli tässä levyssä. Sen avaruudellisessa hilassa liikkuvat strontiumatomit, jotka tiedemiehet loivat laserilla, toimivat "tikityksen" analogina. Kuten aina tieteessä, teoriassa kaikki näyttää lumoavalta ja jo parantuneelta, mutta tällaisen järjestelmän epävakaus voi osoittautua käytännössä vähemmän iloiseksi. Cesiumpohjainen laite saavutti maailmanlaajuisen suosion sen epävakauden vuoksi.

Mieti nyt, mistä tällainen laite koostuu. Tärkeimmät tiedot tässä ovat:

• kvanttidiskriminaattori;
• kvartsi generaattori;
• elektroniikka.

Kvartsigeneraattori on eräänlainen itseoskillaattori, mutta resonanssielementin tuottamiseksi se käyttää kvartsikiteen pietsosähköisiä moodeja.

Kvanttidiskriminaattorilla ja kvartsioskillaattorilla niitä verrataan niiden taajuuden vaikutuksesta, ja eron havaittuaan takaisinkytkentäpiiri vaatii kideoskillaattorin sopeutumista vaadittuun arvoon ja lisää vakautta ja tarkkuutta. Seurauksena on, että lähdössä näemme valitsimessa tarkan arvon, mikä tarkoittaa tarkkaa aikaa.

Varhaiset mallit olivat melko suuria, mutta lokakuussa 2013 BathysHawaii teki loisteen julkaisi pienoisatomirannekellot. Aluksi kaikki pitivät tätä väitettä vitsinä, mutta pian kävi ilmi, että se oli todella totta, ja ne toimivat atomilähteen Cesium 133 pohjalta Laitteen turvallisuuden takaa se, että radioaktiivinen elementti on kaasun muodossa erityisessä kapselissa. Laitteesta kuva on hajallaan ympäri maailmaa.

Monet atomikelloista kiinnostuneet ovat kiinnostuneita virtalähteestä. Akku on litiumioniakku. Mutta valitettavasti ei ole vielä tiedossa, kuinka kauan tällainen akku kestää.

BathysHawaii-kellot olivat todella ensimmäisiä atomirannekelloja. Aikaisemmin tunnettiin jo suhteellisen kannettavan laitteen julkaisutapaukset, mutta valitettavasti sillä ei ollut atomivirtalähdettä, vaan se vain synkronoitiin todellisten yleiskellojen kanssa langattoman radion kautta. On myös syytä mainita tällaisen vempaimen hinta. Nautinnon arvoksi arvioitiin 12 tuhatta Yhdysvaltain dollaria. Oli selvää, että sellaisella hinnalla kellot eivät saavuttaisi suurta suosiota, mutta yritys ei pyrkinyt tähän, koska he julkaisivat niitä hyvin rajoitetussa erässä.

Tunnemme useita atomikellotyyppejä. Niiden suunnittelussa ja periaatteissa ei ole merkittäviä eroja, mutta eroja on silti. Tärkeimmät ovat siis keinot löytää muutoksia ja niiden elementtejä. Seuraavat kellotyypit voidaan erottaa:

1. Vety. Niiden ydin on siinä, että vetyatomit ovat tuettu oikealla energiatasolla, mutta seinät on valmistettu erikoismateriaalista. Tämän perusteella päättelemme, että vetyatomit menettävät erittäin nopeasti energiatilansa.
2. cesium. Niiden perustana ovat cesiumpalkit. On syytä huomata, että nämä kellot ovat tarkimpia.
3. Rubidium. Ne ovat yksinkertaisimpia ja erittäin kompakteja.

Kuten aiemmin mainittiin, atomikellot ovat erittäin kallis vempain. Taskukello Hoptroff No. 10 on siis uuden sukupolven lelujen kirkas edustaja. Tällaisen tyylikkään ja erittäin tarkan lisävarusteen hinta on 78 tuhatta dollaria. Vain 12 kopiota julkaistiin. Tämän laitteen mekanismi käyttää korkeataajuista värähtelyjärjestelmää, joka on myös varustettu GPS-signaalilla.

Yritys ei pysähtynyt tähän, ja kellon kymmenennessä versiossaan se haluaa soveltaa menetelmää sijoittaa mekanismi kultakoteloon, joka tulostetaan suositulle 3D-tulostimelle. Vielä ei ole laskettu tarkasti, kuinka paljon kultaa käytetään tällaiseen kotelon versioon, mutta tämän mestariteoksen arvioitu vähittäismyyntihinta on jo tiedossa - se oli noin 50 tuhatta puntaa. Ja tämä ei ole lopullinen hinta, vaikka siinä otetaan huomioon kaikki tutkimusmäärät sekä itse gadgetin uutuus ja ainutlaatuisuus.

Historiallisia faktoja kellojen käytöstä

Kuinka, kun puhutaan atomikelloista, puhumattakaan mielenkiintoisimmista faktoista, jotka liittyvät niihin ja aikaan yleensä:

1. Tiesitkö, että vanhin aurinkokello löydettiin muinaisesta Egyptistä?
2. Atomikellojen virhe on minimaalinen - se on vain 1 sekunti 6 miljoonalla vuodella.
3. Kaikki tietävät, että minuutissa on 60 sekuntia. Mutta harvat ihmiset syventyivät siihen, kuinka monta millisekuntia on sekunnissa? Ja niitä ei ole monta eikä vähän - tuhat!
4. Jokainen Lontoossa vieraileva turisti halusi varmasti nähdä Big Benin omin silmin. Mutta valitettavasti monet eivät tiedä, että Big Ben ei ole torni, vaan valtavan 13 tonnia painavan kellon nimi, joka soi tornin sisällä.
5. Oletko koskaan miettinyt, miksi kellojemme osoittimet kulkevat täsmälleen vasemmalta oikealle tai kuinka meillä oli tapana sanoa "myötäpäivään"? Tämä tosiasia liittyy suoraan siihen, kuinka varjo liikkuu aurinkokellossa.
6. Ensimmäinen rannekello keksittiin vuonna 1812. Breguetin perustaja teki ne Napolin kuningatarta varten.
7. Ennen ensimmäistä maailmansotaa rannekelloja pidettiin vain naisten asusteena, mutta pian niiden mukavuuden vuoksi valittiin myös väestön miespuolinen osa.