გასულ წელს, 2012 წელს, ორმოცდახუთი წელი გავიდა მას შემდეგ, რაც კაცობრიობამ გადაწყვიტა გამოეყენებინა ატომური დროის აღრიცხვა დროის რაც შეიძლება ზუსტად გასაზომად. 1967 წელს დროის საერთაშორისო კატეგორიამ შეწყვიტა ასტრონომიული მასშტაბებით განსაზღვრა - ისინი შეიცვალა ცეზიუმის სიხშირის სტანდარტით. სწორედ მან მიიღო ახლა პოპულარული სახელი - ატომური საათები. ზუსტი დრო, რომლის დადგენის საშუალებას გაძლევთ, აქვს უმნიშვნელო შეცდომა ერთი წამი სამ მილიონ წელიწადში, რაც საშუალებას აძლევს მათ გამოიყენონ დროის სტანდარტად მსოფლიოს ნებისმიერ კუთხეში.

ცოტა ისტორია

ატომური ვიბრაციების გამოყენების იდეა ულტრა ზუსტი დროის გაზომვისთვის პირველად გამოთქვა 1879 წელს ბრიტანელმა ფიზიკოსმა უილიამ ტომსონმა. რეზონატორის ატომების ემიტერის როლში ამ მეცნიერმა შესთავაზა წყალბადის გამოყენება. იდეის პრაქტიკაში განხორციელების პირველი მცდელობები მხოლოდ 1940-იან წლებში განხორციელდა. მეოცე საუკუნე. და მსოფლიოში პირველი მოქმედი ატომური საათი 1955 წელს დიდ ბრიტანეთში გამოჩნდა. მათი შემქმნელი იყო ბრიტანელი ექსპერიმენტატორი ფიზიკოსი დოქტორი ლუის ესენი. ეს საათი მუშაობდა ცეზიუმ-133 ატომების ვიბრაციების საფუძველზე და მათი წყალობით მეცნიერებმა საბოლოოდ შეძლეს დროის გაცილებით დიდი სიზუსტით გაზომვა, ვიდრე ადრე. Essen-ის პირველმა მოწყობილობამ დაუშვა შეცდომა არაუმეტეს წამისა ყოველ ას წელიწადში, მაგრამ შემდგომში ის მრავალჯერ გაიზარდა და შეცდომა წამში მხოლოდ 2-3 ასეულ მილიონ წელიწადში შეიძლება დაგროვდეს.

ატომური საათი: როგორ მუშაობს

როგორ მუშაობს ეს გენიალური „მოწყობილობა“? როგორც რეზონანსული სიხშირის გენერატორი, ატომური საათები იყენებენ მოლეკულებს ან ატომებს კვანტურ დონეზე. ამყარებს კავშირს სისტემას "ატომის ბირთვი - ელექტრონები" რამდენიმე დისკრეტულ ენერგეტიკულ დონესთან. თუ ასეთ სისტემაზე გავლენას ახდენს მკაცრად განსაზღვრული სიხშირით, მაშინ მოხდება ამ სისტემის გადასვლა დაბალი დონიდან მაღალზე. შესაძლებელია საპირისპირო პროცესიც: ატომის გადასვლა უფრო მაღალი დონიდან ქვედაზე, რასაც თან ახლავს ენერგიის გამოსხივება. ეს მოვლენები შეიძლება კონტროლირებადი და ჩაწერილი ყველა ენერგია jumps შექმნით რაღაც, როგორიცაა oscillatory circuit (მას ასევე მოუწოდა ატომური oscillator). მისი რეზონანსული სიხშირე შეესაბამება ენერგიის სხვაობას მეზობელ ატომურ გარდამავალ დონეებს შორის, გაყოფილი პლანკის მუდმივზე.

ასეთ რხევად წრეს აქვს უდაო უპირატესობები მის მექანიკურ და ასტრონომიულ წინამორბედებთან შედარებით. ერთი ასეთი ატომური ოსცილატორისთვის, ნებისმიერი ნივთიერების ატომების რეზონანსული სიხშირე იგივე იქნება, რაც არ შეიძლება ითქვას ქანქარებზე და პიეზოკრისტალებზე. გარდა ამისა, ატომები არ იცვლებიან თავის თვისებებს დროთა განმავლობაში და არ ცვდებიან. ამიტომ, ატომური საათები უკიდურესად ზუსტი და თითქმის მარადიული ქრონომეტრია.

ზუსტი დრო და თანამედროვე ტექნოლოგიები

სატელეკომუნიკაციო ქსელები, სატელიტური კომუნიკაციები, GPS, NTP სერვერები, ელექტრონული ტრანზაქციები ბირჟაზე, ონლაინ აუქციონები, ინტერნეტით ბილეთების ყიდვის პროცედურა - ეს ყველაფერი და მრავალი სხვა ფენომენი დიდი ხანია მტკიცედ არის დამკვიდრებული ჩვენს ცხოვრებაში. მაგრამ კაცობრიობას რომ არ გამოეგონა ატომური საათი, ეს ყველაფერი უბრალოდ არ მოხდებოდა. ზუსტი დრო, რომელთანაც სინქრონიზაცია საშუალებას გაძლევთ მინიმუმამდე დაიყვანოთ ნებისმიერი შეცდომა, შეფერხება და შეფერხება, საშუალებას აძლევს ადამიანს მაქსიმალურად გამოიყენოს ეს ფასდაუდებელი შეუცვლელი რესურსი, რომელიც არასდროს არის ზედმეტი.

ოდესმე შეგიმჩნევიათ, რომ თქვენი საათი სახლში სხვადასხვა დროს აჩვენებს? და როგორ გავიგოთ ყველა ვარიანტიდან რომელია სწორი? ყველა ამ კითხვაზე პასუხს ატომური საათების მუშაობის პრინციპის საფუძვლიანად შესწავლით გავიგებთ.

ატომური საათი: აღწერა და მუშაობის პრინციპი

ჯერ გავიგოთ, რა არის ატომური საათის მექანიზმი. ატომური საათი არის მოწყობილობა, რომელიც ზომავს დროს, მაგრამ ის იყენებს საკუთარ ვიბრაციას, როგორც პროცესის პერიოდულობას და ყველაფერი ხდება ატომურ და მოლეკულურ დონეზე. აქედან გამომდინარეობს სიზუსტე.

თამამად შეიძლება ითქვას, რომ ატომური საათები ყველაზე ზუსტია! სწორედ მათი წყალობით ფუნქციონირებს მსოფლიოში ინტერნეტი და GPS ნავიგაცია, ვიცით მზის სისტემაში პლანეტების ზუსტი მდებარეობა. ამ მოწყობილობის შეცდომა იმდენად მინიმალურია, რომ თამამად შეგვიძლია ვთქვათ, რომ ისინი მსოფლიო დონისაა! ატომური საათების წყალობით ხდება მთელი მსოფლიო სინქრონიზაცია, ცნობილია სად არის გარკვეული ცვლილებები.

ვინ გამოიგონა, ვინ შექმნა და ასევე ვინ მოიფიქრა ეს სასწაული საათი?

ჯერ კიდევ მეოცე საუკუნის ორმოციანი წლების დასაწყისში ცნობილი იყო მაგნიტური რეზონანსის ატომური სხივის შესახებ. თავიდან მისი გამოყენება საათებს არანაირად არ ეხებოდა - ეს მხოლოდ თეორია იყო. მაგრამ უკვე 1945 წელს ისიდორ რაბიმ შესთავაზა შექმნას მოწყობილობა, რომლის კონცეფცია იყო, რომ ისინი მუშაობდნენ ზემოაღნიშნული ტექნიკის საფუძველზე. მაგრამ ისინი ისე იყო მოწყობილი, რომ არაზუსტი შედეგები აჩვენეს. და უკვე 1949 წელს სტანდარტების ეროვნულმა ბიურომ მთელ მსოფლიოს აცნობა პირველი ატომური საათის შექმნის შესახებ, რომელიც დაფუძნებული იყო ამიაკის მოლეკულურ ნაერთებზე და უკვე 1952 წელს დაეუფლა ტექნოლოგიებს ცეზიუმის ატომებზე დაფუძნებული პროტოტიპის შესაქმნელად.

ამიაკის და ცეზიუმის ატომების გაგონებისას ჩნდება კითხვა, მაგრამ არის თუ არა ეს მშვენიერი საათები რადიოაქტიური? პასუხი ცალსახაა - არა! მათ არ აქვთ ატომური დაშლა.

დღესდღეობით ბევრი მასალაა, საიდანაც ატომური საათები მზადდება. მაგალითად, ეს არის სილიციუმი, კვარცი, ალუმინი და ვერცხლიც კი.

როგორ მუშაობს მოწყობილობა?

მოდით შევხედოთ როგორ გამოიყურება და მუშაობს ატომური საათები. ამისათვის ჩვენ გთავაზობთ მათი მუშაობის აღწერას:

ამ კონკრეტული საათის სწორი ფუნქციონირებისთვის არ არის საჭირო არც ქანქარა და არც კვარცის ოსცილატორი. ისინი იყენებენ სიგნალებს, რომლებიც წარმოიქმნება ერთი ელექტრონის კვანტური გადასვლის გამო ატომის ორ ენერგეტიკულ დონეს შორის. შედეგად, ჩვენ შეგვიძლია დავაკვირდეთ ელექტრომაგნიტურ ტალღას. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ჩვენ ვიღებთ ხშირ რყევებს და სისტემის სტაბილურობის ულტრა მაღალ დონეს. ყოველწლიურად, ახალი აღმოჩენების გამო, ხდება პროცესების მოდერნიზება. არც ისე დიდი ხნის წინ, ეროვნული ინსტიტუტის fStandardsand Technology (NIST) სპეციალისტები გახდნენ ჩემპიონები, დაამყარეს აბსოლუტური მსოფლიო რეკორდი. მათ შეძლეს ატომური საათის (სტრონციუმზე დაფუძნებული) სიზუსტის მიყვანა ძალიან მინიმალურ გადახრამდე, კერძოდ: 15 მილიარდი წლის განმავლობაში, ერთი წამის გაშვება. დიახ, დიახ, არ მოგეჩვენათ, რომ ეს არის ასაკი, რომელიც ახლა ენიჭება ჩვენს სამყაროს. ეს უზარმაზარი აღმოჩენაა! ყოველივე ამის შემდეგ, სწორედ სტრონციუმმა ითამაშა ყველაზე მნიშვნელოვანი როლი ამ ჩანაწერში. სტრონციუმის მოძრავი ატომები მის სივრცულ გისოსში, რომელიც მეცნიერებმა შექმნეს ლაზერის გამოყენებით, მოქმედებდა როგორც "ტკიპის" ანალოგი. როგორც ყოველთვის მეცნიერებაში, თეორიულად ყველაფერი მომხიბლავი და უკვე გაუმჯობესებული ჩანს, მაგრამ ასეთი სისტემის არასტაბილურობა პრაქტიკაში შეიძლება ნაკლებად სასიხარულო აღმოჩნდეს. მისი არასტაბილურობის გამო ცეზიუმზე დაფუძნებულმა მოწყობილობამ მსოფლიო პოპულარობა მოიპოვა.

ახლა განვიხილოთ რისგან შედგება ასეთი მოწყობილობა. ძირითადი დეტალები აქ არის:

• კვანტური დისკრიმინატორი;
• კვარცის გენერატორი;
• ელექტრონიკა.

კვარცის ოსცილატორი არის ერთგვარი თვითოსცილატორი, მაგრამ რეზონანსული ელემენტის წარმოებისთვის ის იყენებს კვარცის ბროლის პიეზოელექტრიკულ რეჟიმებს.

კვანტური დისკრიმინატორისა და კვარცის ოსცილატორის არსებობისას, მათი სიხშირის გავლენით, ისინი შედარებულია და როდესაც განსხვავება გამოვლინდება, უკუკავშირის წრე მოითხოვს კრისტალური ოსცილატორის მორგებას საჭირო მნიშვნელობაზე და გაზრდის სტაბილურობას და სიზუსტეს. შედეგად, გამოსავალზე ჩვენ ვხედავთ ზუსტ მნიშვნელობას ციფერბლატზე, რაც ნიშნავს ზუსტ დროს.

ადრინდელი მოდელები საკმაოდ დიდი იყო, მაგრამ 2013 წლის ოქტომბერში BathysHawaii-მა ატყდა მინიატურული ატომური მაჯის საათების გამოშვება. თავიდან ყველამ ეს განცხადება ხუმრობად მიიღო, მაგრამ მალევე გაირკვა, რომ ეს მართლაც ასე იყო და ისინი ფუნქციონირებენ ატომური წყაროს საფუძველს Cesium 133 მოწყობილობის უსაფრთხოებას უზრუნველყოფს ის ფაქტი, რომ რადიოაქტიური ელემენტი გაზის სახით არის მოთავსებული სპეციალურ კაფსულაში.ამ მოწყობილობის ფოტომ მთელ მსოფლიოში გაფანტა.

ატომური საათების თემაში ბევრს აინტერესებს ენერგიის წყაროს საკითხი. ბატარეა არის ლითიუმ-იონური ბატარეა. სამწუხაროდ, ჯერ არ არის ცნობილი რამდენ ხანს გაგრძელდება ასეთი ბატარეა.

BathysHawaii საათები მართლაც პირველი ატომური მაჯის საათები იყო. ადრე უკვე ცნობილი იყო შედარებით პორტატული მოწყობილობის გამოშვების შემთხვევები, მაგრამ, სამწუხაროდ, მას არ გააჩნდა ატომური ენერგიის წყარო, მაგრამ მხოლოდ სინქრონიზებული იყო რეალურ საერთო საათებთან უკაბელო რადიოს საშუალებით. ასევე აღსანიშნავია ასეთი გაჯეტის ღირებულება. სიამოვნება 12 ათას აშშ დოლარად შეფასდა. ცხადი იყო, რომ ასეთი ფასით საათები ფართო პოპულარობას ვერ მოიპოვებდა, მაგრამ კომპანია ამას არ ცდილობდა, რადგან ისინი ძალიან შეზღუდულ პარტიაში გამოუშვეს.

ჩვენ ვიცით რამდენიმე ტიპის ატომური საათი. მათ დიზაინსა და პრინციპებში მნიშვნელოვანი განსხვავებები არ არის, მაგრამ მაინც არის გარკვეული განსხვავებები. ასე რომ, მთავარია ცვლილებებისა და მათი ელემენტების პოვნის საშუალებებში. შეიძლება განვასხვავოთ საათების შემდეგი ტიპები:

1. წყალბადი. მათი არსი მდგომარეობს იმაში, რომ წყალბადის ატომები მხარს უჭერენ ენერგიის სწორ დონეზე, მაგრამ კედლები დამზადებულია სპეციალური მასალისგან. ამის საფუძველზე დავასკვნით, რომ წყალბადის ატომები ძალიან სწრაფად კარგავენ ენერგეტიკულ მდგომარეობას.
2. ცეზიუმი. მათთვის საფუძველია ცეზიუმის სხივები. აღსანიშნავია, რომ ეს საათები ყველაზე ზუსტია.
3. რუბიდიუმი. ისინი ყველაზე მარტივი და ძალიან კომპაქტურია.

როგორც უკვე აღვნიშნეთ, ატომური საათები ძალიან ძვირი გაჯეტია. ამრიგად, ჯიბის საათი Hoptroff No. 10 არის ახალი თაობის სათამაშოების ნათელი წარმომადგენელი. ასეთი ელეგანტური და ძალიან ზუსტი აქსესუარის ფასი 78 ათასი დოლარია. გამოვიდა მხოლოდ 12 ეგზემპლარი. ამ მოწყობილობის მექანიზმში გამოყენებულია მაღალი სიხშირის რხევითი სისტემა, რომელიც ასევე აღჭურვილია GPS სიგნალით.

კომპანია ამით არ გაჩერებულა და სწორედ საათის მეათე ვერსიაში სურს გამოიყენოს მოძრაობის ოქროს კოლოფში მოთავსების მეთოდი, რომელიც დაიბეჭდება პოპულარულ 3D პრინტერზე. ჯერ ზუსტად არ არის დათვლილი, რამდენი ოქრო იქნება გამოყენებული საქმის ამ ვერსიისთვის, მაგრამ ამ შედევრის სავარაუდო საცალო ფასი უკვე ცნობილია - დაახლოებით 50 ათასი ფუნტი სტერლინგი შეადგინა. და ეს არ არის საბოლოო ფასი, თუმცა ის ითვალისწინებს კვლევის ყველა მოცულობას, ასევე თავად გაჯეტის სიახლეს და უნიკალურობას.

ისტორიული ფაქტები საათების გამოყენების შესახებ

როგორ, როდესაც ვსაუბრობთ ატომურ საათებზე, რომ აღარაფერი ვთქვათ ყველაზე საინტერესო ფაქტებზე, რომლებიც მათთან და ზოგადად დროსთან არის დაკავშირებული:

1. იცოდით, რომ უძველესი მზის საათი აღმოაჩინეს ძველ ეგვიპტეში?
2. ატომური საათების ცდომილება მინიმალურია - ის მხოლოდ 1 წამია 6 მილიონი წლის განმავლობაში.
3. ყველამ იცის, რომ წუთში 60 წამია. მაგრამ ცოტამ თუ ჩათვალა რამდენი მილიწამია ერთ წამში? და არც ბევრია და არც ცოტა - ათასი!
4. ყველა ტურისტს, რომელსაც შეეძლო ლონდონის მონახულება, აუცილებლად სურდა ბიგ ბენის ნახვა საკუთარი თვალით. მაგრამ სამწუხაროდ, ბევრმა არ იცის, რომ ბიგ ბენი საერთოდ არ არის კოშკი, არამედ უზარმაზარი ზარის სახელი, რომელიც იწონის 13 ტონას და რეკავს კოშკის შიგნით.
5. ოდესმე დაფიქრებულხართ, რატომ მიდის ჩვენი საათის ისრები ზუსტად მარცხნიდან მარჯვნივ, ან როგორ ვამბობდით „საათის ისრის მიმართულებით“? ეს ფაქტი პირდაპირ კავშირშია იმასთან, თუ როგორ მოძრაობს ჩრდილი მზის საათზე.
6. პირველი მაჯის საათი გამოიგონეს ბოლო 1812 წელს. ისინი დაამზადა Breguet-ის დამფუძნებელმა ნეაპოლის დედოფლისთვის.
7. პირველ მსოფლიო ომამდე მაჯის საათები მხოლოდ ქალის აქსესუარად ითვლებოდა, თუმცა მალევე, მოხერხებულობის გამო, მოსახლეობის მამრობითი ნაწილიც აირჩია.

როდესაც შუქი უეცრად ჩაქრება და ცოტა მოგვიანებით ისევ აინთება, როგორ იცით, რა დროს სჭირდება საათის დაყენება? დიახ, მე ვსაუბრობ ელექტრონულ საათებზე, რომლებიც ალბათ ბევრ ჩვენგანს აქვს. ოდესმე გიფიქრიათ იმაზე, თუ როგორ რეგულირდება დრო? ამ სტატიაში ჩვენ გავეცნობით ყველაფერს ატომური საათის შესახებ და როგორ აქცევს ისინი მთელ სამყაროს.

ატომური საათები რადიოაქტიურია?

ატომური საათი ნებისმიერ სხვა საათზე უკეთ აჩვენებს დროს. ისინი უკეთესად ამბობენ დროს, ვიდრე დედამიწის ბრუნვა და ვარსკვლავების მოძრაობა. ატომური საათების გარეშე GPS ნავიგაცია შეუძლებელი იქნებოდა, ინტერნეტი არ იქნებოდა სინქრონიზებული და პლანეტების პოზიცია არ იქნებოდა ცნობილი კოსმოსური ზონდებისა და მანქანებისთვის საკმარისი სიზუსტით.

ატომური საათები არ არის რადიოაქტიური. ისინი არ ეყრდნობიან ატომურ დაშლას. უფრო მეტიც, მათ აქვთ ზამბარა, როგორც ჩვეულებრივ საათებს. ყველაზე დიდი განსხვავება სტანდარტულ საათებსა და ატომურ საათებს შორის არის ის, რომ ატომურ საათებში რხევები ხდება ატომის ბირთვში მიმდებარე ელექტრონებს შორის. ამ რხევებს ძნელად შეიძლება ვუწოდოთ ბალანსის ბორბლის პარალელურად დახვეულ საათში, მაგრამ ორივე ტიპის რხევა შეიძლება გამოყენებულ იქნას გავლის დროს თვალყურის დევნებისთვის. რხევის სიხშირე ატომში განისაზღვრება ბირთვის მასით, გრავიტაციით და ელექტროსტატიკური „ზამბარით“ ბირთვის დადებით მუხტსა და მის გარშემო ელექტრონების ღრუბელს შორის.

რა ტიპის ატომური საათები ვიცით?

დღეს არსებობს სხვადასხვა ტიპის ატომური საათი, მაგრამ ისინი აგებულია იმავე პრინციპებზე. მთავარი განსხვავება დაკავშირებულია ენერგიის დონის ცვლილებების გამოვლენის ელემენტთან და საშუალებებთან. ატომური საათების სხვადასხვა ტიპებს შორის გამოირჩევა შემდეგი:

• ცეზიუმის ატომური საათები ცეზიუმის ატომების სხივების გამოყენებით. საათი მაგნიტური ველით გამოყოფს ცეზიუმის ატომებს სხვადასხვა ენერგეტიკული დონით.
• წყალბადის ატომური საათი ინახავს წყალბადის ატომებს სწორ ენერგეტიკულ დონეზე კონტეინერში, რომლის კედლები დამზადებულია სპეციალური მასალისგან, ასე რომ ატომები არ კარგავენ მაღალ ენერგეტიკულ მდგომარეობას ძალიან სწრაფად.
• რუბიდიუმის ატომური საათები, ყველაზე მარტივი და კომპაქტური, იყენებს რუბიდიუმის გაზით სავსე შუშის უჯრედს.

დღეს ყველაზე ზუსტი ატომური საათები იყენებენ ცეზიუმის ატომს და ჩვეულებრივ მაგნიტურ ველს დეტექტორებით. გარდა ამისა, ცეზიუმის ატომები იკავებენ ლაზერის სხივებს, რაც ამცირებს მცირე სიხშირის ცვლილებებს დოპლერის ეფექტის გამო.

როგორ მუშაობს ცეზიუმზე დაფუძნებული ატომური საათები?

ატომებს აქვთ დამახასიათებელი ვიბრაციის სიხშირე. სიხშირის ნაცნობი მაგალითია ნატრიუმის ნარინჯისფერი ბზინვარება სუფრის მარილში ცეცხლში ჩაყრისას. ატომს აქვს მრავალი განსხვავებული სიხშირე, ზოგს რადიო დიაპაზონში, ზოგს ხილულ სპექტრში და ზოგს შორის. ცეზიუმ-133 ყველაზე ხშირად არჩეულია ატომური საათებისთვის.

ატომურ საათში ცეზიუმის ატომების რეზონანსის გამოწვევის მიზნით, ერთ-ერთი გადასვლა ან რეზონანსული სიხშირე ზუსტად უნდა გაიზომოს. ეს ჩვეულებრივ კეთდება ცეზიუმის ატომის ფუნდამენტურ მიკროტალღურ რეზონანსში კრისტალური ოსცილატორის დაბლოკვით. ეს სიგნალი არის რადიოსიხშირული სპექტრის მიკროტალღური დიაპაზონში და აქვს იგივე სიხშირე, როგორც პირდაპირი სამაუწყებლო თანამგზავრების სიგნალები. ინჟინერებმა იციან როგორ შექმნან აღჭურვილობა სპექტრის ამ რეგიონისთვის, უმცირეს დეტალებამდე.

საათის შესაქმნელად, ცეზიუმი ჯერ თბება ისე, რომ ატომები აორთქლდეს და გაიაროს მაღალი ვაკუუმის მილში. პირველ რიგში, ისინი გადიან მაგნიტურ ველში, რომელიც ირჩევს სასურველი ენერგეტიკული მდგომარეობის მქონე ატომებს; შემდეგ ისინი გადიან ინტენსიურ მიკროტალღურ ველში. მიკროტალღური ენერგიის სიხშირე ხტება წინ და უკან სიხშირეების ვიწრო დიაპაზონში, ისე რომ რაღაც მომენტში ის აღწევს 9,192,631,770 ჰერცის სიხშირეს (Hz, ანუ ციკლები წამში). მიკროტალღური ოსცილატორის დიაპაზონი უკვე ახლოს არის ამ სიხშირესთან, რადგან ის წარმოებულია ზუსტი კრისტალური ოსცილატორის მიერ. როდესაც ცეზიუმის ატომი იღებს სასურველი სიხშირის მიკროტალღურ ენერგიას, ის იცვლის თავის ენერგეტიკულ მდგომარეობას.

მილის ბოლოს კიდევ ერთი მაგნიტური ველი ჰყოფს ატომებს, რომლებმაც შეცვალეს ენერგეტიკული მდგომარეობა, თუ მიკროტალღური ველი სწორ სიხშირეზე იყო. მილის ბოლოში მდებარე დეტექტორი იძლევა გამომავალს პროპორციულად ცეზიუმის ატომების რაოდენობის პროპორციულად და აღწევს პიკს, როდესაც მიკროტალღური სიხშირე საკმარისად ჭეშმარიტია. ეს პიკური სიგნალი საჭიროა კორექტირებისთვის, რათა მივიყვანოთ კრისტალური ოსცილატორი და, შესაბამისად, მიკროტალღური ველი სასურველ სიხშირემდე. ეს ჩაკეტილი სიხშირე შემდეგ იყოფა 9,192,631,770-ზე, რათა მიეცეს ნაცნობი ერთი პულსი წამში, რომელიც რეალურ სამყაროს სჭირდება.

როდის გამოიგონეს ატომური საათი?

1945 წელს კოლუმბიის უნივერსიტეტის ფიზიკის პროფესორმა ისიდორე რაბიმ შემოგვთავაზა საათი, რომლის დამზადებაც შეიძლებოდა 1930-იან წლებში შემუშავებული ტექნიკის გამოყენებით. მას ეწოდა მაგნიტურ-რეზონანსული ატომური სხივი. 1949 წლისთვის სტანდარტების ეროვნულმა ბიურომ გამოაცხადა ამიაკის მოლეკულაზე დაფუძნებული მსოფლიოში პირველი ატომური საათის შექმნა, რომლის ვიბრაციაც იკითხებოდა და 1952 წლისთვის მან შექმნა მსოფლიოში პირველი ატომური საათი ცეზიუმის ატომებზე დაფუძნებული NBS-1.

1955 წელს ინგლისის ეროვნულმა ფიზიკურმა ლაბორატორიამ ააშენა პირველი საათი ცეზიუმის სხივის გამოყენებით, როგორც კალიბრაციის წყარო. მომდევნო ათწლეულის განმავლობაში შეიქმნა უფრო მოწინავე საათები. 1967 წელს, წონისა და ზომების მე-13 გენერალურ კონფერენციაზე, SI მეორე განისაზღვრა ცეზიუმის ატომში ვიბრაციების საფუძველზე. ამაზე უკეთესი განსაზღვრება მსოფლიო დროის აღრიცხვის სისტემაში არ არსებობდა. NBS-4, მსოფლიოში ყველაზე სტაბილური ცეზიუმის საათი, დასრულდა 1968 წელს და გამოიყენებოდა 1990 წლამდე.

მეცნიერულ სამყაროში სენსაცია გავრცელდა - დრო აორთქლდება ჩვენი სამყაროდან! ჯერჯერობით ეს მხოლოდ ესპანელი ასტროფიზიკოსების ჰიპოთეზაა. მაგრამ ის ფაქტი, რომ დედამიწაზე და სივრცეში დროის დინება განსხვავებულია, უკვე დადასტურებულია მეცნიერების მიერ. დრო უფრო ნელა მიედინება გრავიტაციის გავლენის ქვეშ, რაც აჩქარებს პლანეტას შორს. ხმელეთის და კოსმოსური დროის სინქრონიზაციის ამოცანას ასრულებენ წყალბადის სიხშირის სტანდარტები, რომლებსაც ასევე უწოდებენ "ატომურ საათებს".

პირველი ატომური დრო გამოჩნდა ასტრონავტიკის მოსვლასთან ერთად, ატომური საათები გამოჩნდა 1920-იანი წლების შუა ხანებში. ახლა ატომური საათები ჩვეულებრივი გახდა, თითოეული ჩვენგანი მათ ყოველდღიურად იყენებს: ისინი მუშაობენ ციფრულ კომუნიკაციებთან, GLONAS-თან, ნავიგაციასთან და ტრანსპორტთან.

მობილური ტელეფონების მფლობელები ძლივს ფიქრობენ იმაზე, თუ რამდენ სამუშაოს ატარებენ სივრცეში მჭიდრო დროის სინქრონიზაციისთვის, მაგრამ ჩვენ ვსაუბრობთ წამის მხოლოდ მემილიონედებზე.

ზუსტი დროის სტანდარტი ინახება მოსკოვის რეგიონში, ფიზიკურ-ტექნიკური და რადიოტექნიკური გაზომვების სამეცნიერო ინსტიტუტში. მსოფლიოში 450 ასეთი საათია.

რუსეთი და აშშ არიან ატომური საათების მონოპოლისტები, მაგრამ აშშ-ში საათები მუშაობენ ცეზიუმის ბაზაზე, რადიოაქტიური ლითონისგან, რომელიც ძალიან საზიანოა გარემოსთვის, ხოლო რუსეთში წყალბადის ბაზაზე, უფრო უსაფრთხო გამძლე მასალაზე.

ამ საათს არ აქვს ციფერბლატი და ხელი: ის ჰგავს იშვიათი და ძვირფასი ლითონებისგან დამზადებულ დიდ ლულს, სავსეა უახლესი ტექნოლოგიებით - მაღალი სიზუსტის საზომი ხელსაწყოებითა და მოწყობილობებით ატომური სტანდარტებით. მათი შექმნის პროცესი ძალიან ხანგრძლივი, რთული და მიმდინარეობს აბსოლუტური სტერილობის პირობებში.

4 წელია რუსულ თანამგზავრზე დაყენებული საათი ბნელ ენერგიას სწავლობს. ადამიანის სტანდარტებით, ისინი კარგავენ სიზუსტეს 1 წამით მრავალი მილიონი წლის განმავლობაში.

ძალიან მალე ატომური საათი დამონტაჟდება Spektr-M-ზე, კოსმოსურ ობსერვატორიაზე, რომელიც დაინახავს, ​​თუ როგორ წარმოიქმნება ვარსკვლავები და ეგზოპლანეტები ჩვენი გალაქტიკის ცენტრში შავი ხვრელის კიდეს მიღმა. მეცნიერთა აზრით, ამაზრზენი გრავიტაციის გამო აქ დრო ისე ნელა მიედინება, რომ თითქმის ჩერდება.

ტვიროსკოსმოსი

ისიდორე რაბიმ, კოლუმბიის უნივერსიტეტის ფიზიკის პროფესორმა, შემოგვთავაზა აქამდე ნანახი პროექტი: საათი, რომელიც მუშაობს მაგნიტური რეზონანსის ატომური სხივის პრინციპზე. ეს მოხდა 1945 წელს და უკვე 1949 წელს სტანდარტების ეროვნულმა ბიურომ გამოუშვა პირველი სამუშაო პროტოტიპი. ის კითხულობდა ამიაკის მოლეკულის ვიბრაციას. ცეზიუმი ბიზნესში გაცილებით გვიან შევიდა: NBS-1 მოდელი მხოლოდ 1952 წელს გამოჩნდა.

ინგლისის ეროვნულმა ფიზიკურმა ლაბორატორიამ შექმნა პირველი ცეზიუმის სხივის საათი 1955 წელს. ათ წელზე მეტი ხნის შემდეგ, წონისა და ზომების გენერალური კონფერენციის დროს, წარმოადგინეს უფრო მოწინავე საათი, რომელიც ასევე დაფუძნებულია ცეზიუმის ატომის ვიბრაციაზე. NBS-4 მოდელი გამოიყენებოდა 1990 წლამდე.

საათის ტიპები

ამ დროისთვის არსებობს სამი ტიპის ატომური საათი, რომლებიც დაახლოებით იგივე პრინციპით მუშაობს. ცეზიუმის საათი, ყველაზე ზუსტი, ჰყოფს ცეზიუმის ატომს მაგნიტური ველით. უმარტივესი ატომური საათი, რუბიდიუმის საათი, იყენებს რუბიდიუმის გაზს, რომელიც ჩასმულია მინის ნათურაში. და ბოლოს, წყალბადის ატომური საათები საცნობარო პუნქტად იღებენ წყალბადის ატომებს, რომლებიც დახურულია სპეციალური მასალის გარსში - ეს არ აძლევს ატომებს ენერგიის სწრაფად დაკარგვის საშუალებას.

Რომელი საათია

1999 წელს აშშ-ს სტანდარტებისა და ტექნოლოგიების ეროვნულმა ინსტიტუტმა (NIST) შემოგვთავაზა ატომური საათის კიდევ უფრო მოწინავე ვერსია. NIST-F1 მოდელს აქვს მხოლოდ ერთი წამის შეცდომა ოცი მილიონი წლის განმავლობაში.

ყველაზე ზუსტი

მაგრამ NIST-ის ფიზიკოსები აქ არ გაჩერებულან. მეცნიერებმა გადაწყვიტეს შეექმნათ ახალი ქრონომეტრი, ამჯერად სტრონციუმის ატომებზე დაყრდნობით. ახალი საათი მუშაობს წინა მოდელის 60%-ზე, რაც იმას ნიშნავს, რომ ის წამს კარგავს არა ოცი მილიონი წლის განმავლობაში, არამედ ხუთ მილიარდამდე.

დროის გაზომვა

საერთაშორისო შეთანხმებამ განსაზღვრა ცეზიუმის ნაწილაკების რეზონანსის ერთადერთი ზუსტი სიხშირე. ეს არის 9,192,631,770 ჰერცი - გამომავალი სიგნალის გაყოფა ამ რიცხვზე იძლევა ზუსტად ერთ ციკლს წამში.