Všimli ste si niekedy, že vaše hodiny doma ukazujú iný čas? A ako pochopiť, ktorá zo všetkých možností je správna? Odpovede na všetky tieto otázky sa dozvieme dôkladným štúdiom princípu fungovania atómových hodín.

Atómové hodiny: popis a princíp činnosti

Poďme najprv pochopiť, aký je mechanizmus atómových hodín. Atómové hodiny sú zariadenie, ktoré meria čas, ale ako periodicitu procesu používa svoje vlastné vibrácie a všetko sa deje na atómovej a molekulárnej úrovni. Preto tá presnosť.

Dá sa povedať, že atómové hodiny sú najpresnejšie! Práve vďaka nim vo svete funguje internet a GPS navigácia, poznáme presnú polohu planét v slnečnej sústave. Chyba tohto zariadenia je taká minimálna, že môžeme s istotou povedať, že sú na svetovej úrovni! Vďaka atómovým hodinám prebieha celá synchronizácia sveta, je známe, kde sa nachádzajú určité zmeny.

Kto vynašiel, kto vytvoril a tiež kto prišiel s týmito zázračnými hodinkami?

Začiatkom štyridsiatych rokov dvadsiateho storočia sa vedelo o atómovom zväzku magnetickej rezonancie. Jej aplikácia sa spočiatku hodiniek nijako netýkala – išlo len o teóriu. Ale už v roku 1945 Isidor Rabi navrhol vytvoriť zariadenie, ktorého koncepciou bolo, že fungujú na základe vyššie uvedenej techniky. Ale boli usporiadané tak, že vykazovali nepresné výsledky. A už v roku 1949 Národný úrad pre normy informoval celý svet o vytvorení prvých atómových hodín, ktoré boli založené na molekulárnych zlúčeninách amoniaku, a už v roku 1952 boli zvládnuté technológie na vytvorenie prototypu založeného na atómoch cézia.

Keď počujeme o atómoch amoniaku a cézia, vynára sa otázka, ale sú tieto nádherné hodiny rádioaktívne? Odpoveď je jednoznačná – nie! Nemajú atómový rozpad.

V súčasnosti existuje veľa materiálov, z ktorých sa vyrábajú atómové hodiny. Napríklad je to kremík, kremeň, hliník a dokonca aj striebro.

Ako zariadenie funguje?

Poďme sa pozrieť, ako vyzerajú a fungujú hodiny s jadrovým pohonom. Na tento účel ponúkame popis ich práce:

Pre správne fungovanie týchto konkrétnych hodín nie je potrebné kyvadlo, ani kremenný oscilátor. Využívajú signály, ktoré vznikajú v dôsledku kvantového prechodu jedného elektrónu medzi dvoma energetickými hladinami atómu. V dôsledku toho sme schopní pozorovať elektromagnetické vlnenie. Inými slovami, dostávame časté výkyvy a ultra vysokú úroveň stability systému. Každý rok sa vďaka novým objavom modernizujú procesy. Nie je to tak dávno, čo sa špecialisti Národného inštitútu fStandardsand Technology (NIST) stali šampiónmi a vytvorili absolútny svetový rekord. Dokázali dostať presnosť atómových hodín (na báze stroncia) na minimálnu odchýlku, konkrétne: 15 miliárd rokov beží jedna sekunda. Áno, áno, nezdalo sa vám, že toto je vek, ktorý sa teraz priraďuje nášmu Vesmíru. Toto je obrovský objav! Napokon, práve stroncium zohralo v tejto platni najdôležitejšiu úlohu. Pohybujúce sa atómy stroncia v jeho priestorovej mriežke, ktorú vedci vytvorili pomocou lasera, pôsobili ako analóg „tikania“. Ako vždy vo vede, teoreticky sa všetko zdá očarujúce a už vylepšené, ale nestabilita takéhoto systému sa v praxi môže ukázať ako menej radostná. Zariadenie na báze cézia získalo celosvetovú popularitu kvôli svojej nestabilite.

Teraz zvážte, z čoho takéto zariadenie pozostáva. Hlavné podrobnosti sú tu:

• kvantový diskriminátor;
• kremenný generátor;
• elektronika.

Kremenný oscilátor je druh samooscilátora, ale na výrobu rezonančného prvku využíva piezoelektrické režimy kremenného kryštálu.

S kvantovým diskriminátorom a kremenným oscilátorom sa pod vplyvom ich frekvencie porovnávajú a keď sa zistí rozdiel, spätnoväzbový obvod vyžaduje, aby sa kryštálový oscilátor nastavil na požadovanú hodnotu a zvýšil sa stabilita a presnosť. Výsledkom je, že na výstupe vidíme na číselníku presnú hodnotu, čo znamená presný čas.

Prvé modely boli dosť veľké, ale v októbri 2013 BathysHawaii vyvolalo rozruch vydaním miniatúrnych atómových náramkových hodiniek. Najprv to všetci brali ako vtip, no čoskoro sa ukázalo, že je to naozaj pravda a fungujú na základ atómového zdroja Cesium 133 Bezpečnosť zariadenia je zabezpečená tým, že rádioaktívny prvok je obsiahnutý vo forme plynu v špeciálnej kapsule. Fotografia tohto zariadenia sa rozletela po celom svete.

Mnohí v téme atómových hodín sa zaujímajú o problematiku zdroja energie. Batéria je lítium-iónová batéria. Bohužiaľ, zatiaľ nie je známe, ako dlho takáto batéria vydrží.

BathysHawaii hodinky boli skutočne prvé atómové náramkové hodinky. Už predtým boli známe prípady uvoľnenia relatívne prenosného zariadenia, ktoré však, žiaľ, nemalo atómový zdroj energie, ale iba synchronizované so skutočnými celkovými hodinami prostredníctvom bezdrôtového rádia. Za zmienku stojí aj cena takéhoto gadgetu. Potešenie sa odhadovalo na 12-tisíc amerických dolárov. Bolo jasné, že s takouto cenou si hodinky nezískajú širokú popularitu, ale spoločnosť sa o to nesnažila, pretože ich vydala vo veľmi obmedzenej dávke.

Poznáme niekoľko typov atómových hodín. Neexistujú žiadne významné rozdiely v ich dizajne a princípoch, ale stále existujú určité rozdiely. Takže hlavné sú v prostriedkoch hľadania zmien a ich prvkov. Je možné rozlíšiť nasledujúce typy hodiniek:

1. Vodík. Ich podstata spočíva v tom, že atómy vodíka sú podporované na správnej úrovni energie, ale steny sú vyrobené zo špeciálneho materiálu. Na základe toho usudzujeme, že práve atómy vodíka veľmi rýchlo strácajú svoj energetický stav.
2. cezeň. Základom pre nich sú céziové nosníky. Stojí za zmienku, že tieto hodinky sú najpresnejšie.
3. Rubidium. Sú najjednoduchšie a veľmi kompaktné.

Ako už bolo spomenuté, atómové hodiny sú veľmi drahý prístroj. Vreckové hodinky Hoptroff No. 10 sú teda jasným predstaviteľom novej generácie hračiek. Cena takého štýlového a veľmi presného doplnku je 78 tisíc dolárov. Vyšlo len 12 kópií. Mechanizmus tohto zariadenia využíva vysokofrekvenčný oscilačný systém, ktorý je vybavený aj signálom GPS.

Spoločnosť pri tom nezostala a práve vo svojej desiatej verzii hodiniek chce aplikovať spôsob umiestnenia mechanizmu do zlatého puzdra, ktoré bude vytlačené na obľúbenej 3D tlačiarni. Zatiaľ nie je presne vypočítané, koľko zlata sa na takúto verziu puzdra použije, no už je známa odhadovaná maloobchodná cena tohto majstrovského diela – dosahovala približne 50-tisíc libier šterlingov. A to nie je konečná cena, hoci zohľadňuje všetky objemy výskumu, ako aj novosť a jedinečnosť samotného gadgetu.

Historické fakty o používaní hodiniek

Ako, keď hovoríme o atómových hodinách, nehovoriac o najzaujímavejších faktoch, ktoré sú s nimi spojené a s časom vo všeobecnosti:

1. Vedeli ste, že najstaršie slnečné hodiny boli nájdené v starovekom Egypte?
2. Chyba atómových hodín je minimálna – je to len 1 sekunda na 6 miliónov rokov.
3. Každý vie, že minúta má 60 sekúnd. Ale len málo ľudí sa ponorilo do toho, koľko milisekúnd je v jednej sekunde? A nie je ich veľa a nie málo - tisíc!
4. Každý turista, ktorý mohol navštíviť Londýn, určite chcel vidieť Big Ben na vlastné oči. Ale bohužiaľ, málokto vie, že Big Ben vôbec nie je veža, ale názov obrovského zvonu, ktorý váži 13 ton a zvoní vo vnútri veže.
5. Premýšľali ste niekedy nad tým, prečo sa ručičky našich hodín pohybujú presne zľava doprava alebo ako sa hovorí „v smere hodinových ručičiek“? Táto skutočnosť priamo súvisí s tým, ako sa tieň pohybuje na slnečných hodinách.
6. Úplne prvé náramkové hodinky boli vynájdené v roku 1812. Vyrobil ich zakladateľ Breguetu pre neapolskú kráľovnú.
7. Pred prvou svetovou vojnou boli náramkové hodinky považované len za dámsky doplnok, no čoskoro si ich pre ich pohodlnosť vybrala aj mužská časť populácie.

V 21. storočí sa satelitná navigácia vyvíja rýchlym tempom. Môžete určiť polohu akýchkoľvek objektov, ktoré sú nejakým spôsobom spojené so satelitmi, či už ide o mobilný telefón, auto alebo kozmickú loď. Nič z toho by sa však nedalo dosiahnuť bez atómových hodín.
Tieto hodinky sa tiež používajú v rôznych telekomunikáciách, napríklad v mobilnej komunikácii. Ide o najpresnejšie hodinky, aké kedy boli, sú a budú. Bez nich by sa internet nesynchronizoval, nepoznali by sme vzdialenosť k iným planétam a hviezdam atď.
V hodinách sa za sekundu odoberie 9 192 631 770 periód elektromagnetického žiarenia, ktoré sa vyskytli pri prechode medzi dvoma energetickými hladinami atómu cézia-133. Takéto hodiny sa nazývajú céziové hodiny. Ale toto je len jeden z troch typov atómových hodín. Existujú aj vodíkové a rubídiové hodiny. Najčastejšie sa však používajú céziové hodiny, preto sa nebudeme pozastavovať nad inými typmi.

Ako fungujú céziové atómové hodiny

Laser ohrieva atómy izotopu cézia a v tomto čase vstavaný rezonátor registruje všetky prechody atómov. A ako už bolo spomenuté, po dosiahnutí 9 192 631 770 prechodov sa počíta jedna sekunda.

Laser zabudovaný v puzdre hodiniek zahrieva atómy izotopu cézia. V tomto čase rezonátor registruje počet prechodov atómov na novú energetickú hladinu. Keď sa dosiahne určitá frekvencia, konkrétne 9 192 631 770 prechodov (Hz), počíta sa sekunda na základe medzinárodného systému SI.

Použitie v satelitnej navigácii

Proces určenia presnej polohy objektu pomocou satelitu je veľmi náročný. Zapojených je do toho viacero satelitov, konkrétne viac ako 4 na jeden prijímač (napríklad GPS navigátor v aute).

Každý satelit má vysoko presné atómové hodiny, satelitný rádiový vysielač a generátor digitálneho kódu. Rádiový vysielač posiela na Zem digitálny kód a informácie o satelite, konkrétne parametre obežnej dráhy, model atď.

Hodiny určujú, ako dlho trvá, kým sa tento kód dostane k prijímaču. Pri znalosti rýchlosti šírenia rádiových vĺn sa teda vypočíta vzdialenosť k prijímaču na Zemi. Na to ale jeden satelit nestačí. Moderné GPS prijímače dokážu prijímať signály z 12 satelitov súčasne, čo umožňuje určiť polohu objektu s presnosťou až 4 metre. Mimochodom, stojí za zmienku, že navigátory GPS nevyžadujú predplatné.

Vysoko presné atómové hodiny, ktoré urobia chybu jednej sekundy za 300 miliónov rokov. Tieto hodiny, ktoré nahradili starý model, ktorý mal jednu sekundovú chybu za sto miliónov rokov, teraz určujú štandard amerického civilného času. Lenta.ru sa rozhodla pripomenúť históriu vzniku atómových hodín.

Prvý atóm

Na vytvorenie hodín stačí použiť akýkoľvek periodický proces. A história vzniku prístrojov na meranie času je čiastočne históriou vzniku nových zdrojov energie alebo nových oscilačných systémov používaných v hodinkách. Najjednoduchšie hodiny sú pravdepodobne slnečné hodiny, ktoré na fungovanie vyžadujú iba slnko a predmet, ktorý vrhá tieň. Nevýhody tohto spôsobu určovania času sú zrejmé. Ani voda a presýpacie hodiny nie sú o nič lepšie: sú vhodné len na meranie relatívne krátkych časových úsekov.

Najstaršie mechanické hodiny boli nájdené v roku 1901 neďaleko ostrova Antikythera na potopenej lodi v Egejskom mori. Obsahujú asi 30 bronzových ozubených kolies v drevenom puzdre s rozmermi 33 x 18 x 10 centimetrov a pochádzajú z obdobia okolo roku 100 pred Kristom.

Už takmer dvetisíc rokov sú mechanické hodinky najpresnejšie a najspoľahlivejšie. V roku 1657 sa objavil klasický diel Christiana Huygensa „Kyvadlové hodiny“ („Horologium oscilatorium, sive de motu pendulorum an horologia aptato demonstrace geometrica“) s popisom časového referenčného zariadenia s kyvadlom ako oscilačným systémom. vrchol v histórii vývoja mechanických zariadení tohto typu.

Astronómovia a navigátori však stále používali hviezdnu oblohu a mapy na určenie ich polohy a presného času. Prvé elektrické hodiny vynašiel v roku 1814 Francis Ronalds. Prvý takýto prístroj bol však nepresný kvôli jeho citlivosti na zmeny teploty.

Ďalšia história hodiniek je spojená s používaním rôznych oscilačných systémov v zariadeniach. Kremenné hodinky, ktoré v roku 1927 predstavili zamestnanci Bell Labs, využívali piezoelektrické vlastnosti kremenného kryštálu: keď sa naň aplikuje elektrický prúd, kryštál sa začne zmenšovať. Moderné kremenné chronometre dokážu dosiahnuť presnosť až 0,3 sekundy za mesiac. Keďže však kremeň podlieha starnutiu, časom sú hodinky menej presné.

S rozvojom atómovej fyziky vedci navrhli použiť častice hmoty ako oscilačné systémy. Takto sa objavili prvé atómové hodiny. Myšlienku použitia atómových vibrácií vodíka na meranie času navrhol už v roku 1879 anglický fyzik Lord Kelvin, ale to bolo možné až v polovici 20.

Reprodukcia obrazu Huberta von Herkomera (1907)

V tridsiatych rokoch minulého storočia začal americký fyzik a objaviteľ nukleárnej magnetickej rezonancie Isidore Rabi pracovať na atómových hodinách s céziom-133, ale vypuknutie vojny mu zabránilo. Už po vojne, v roku 1949, vznikli v Národnom výbore pre normy USA za účasti Harolda Lyonsona prvé molekulárne hodiny využívajúce molekuly amoniaku. Ale prvé takéto prístroje na meranie času neboli také presné ako moderné atómové hodiny.

Relatívne nízka presnosť bola spôsobená tým, že v dôsledku interakcie molekúl amoniaku medzi sebou a so stenami nádoby, v ktorej sa táto látka nachádzala, sa zmenila energia molekúl a rozšírili sa ich spektrálne čiary. Tento efekt je veľmi podobný treniu v mechanických hodinkách.

Neskôr, v roku 1955, Louis Esssen z Národného fyzikálneho laboratória Spojeného kráľovstva predstavil prvé atómové hodiny s céziom-133. Tieto hodiny nahromadili chybu jednej sekundy za milión rokov. Zariadenie dostalo názov NBS-1 a začalo sa považovať za céziový frekvenčný štandard.

Schéma zapojenia atómových hodín pozostáva z kryštálového oscilátora riadeného spätnoväzbovým diskriminátorom. Oscilátor využíva piezoelektrické vlastnosti kremeňa, zatiaľ čo diskriminátor využíva energetické vibrácie atómov, takže vibrácie kremeňa sú sledované signálmi z prechodov rôznych energetických hladín v atómoch alebo molekulách. Medzi generátorom a diskriminátorom je kompenzátor naladený na frekvenciu atómových vibrácií a porovnáva ju s frekvenciou vibrácií kryštálu.

Atómy použité v hodinách musia poskytovať stabilné vibrácie. Každá frekvencia elektromagnetického žiarenia má svoje vlastné atómy: vápnik, stroncium, rubídium, cézium, vodík. Alebo dokonca molekuly amoniaku a jódu.

časový štandard

S príchodom prístrojov na meranie atómového času bolo možné ich použiť ako univerzálny štandard na určenie druhého. Od roku 1884 greenwichský čas, považovaný za svetový štandard, ustúpil štandardu atómových hodín. V roku 1967 bola rozhodnutím 12. generálnej konferencie pre váhy a miery jedna sekunda definovaná ako trvanie 9192631770 periód žiarenia zodpovedajúcich prechodu medzi dvoma hyperjemnými úrovňami základného stavu atómu cézia-133. Táto definícia sekundy nezávisí od astronomických parametrov a môže byť reprodukovaná kdekoľvek na planéte. Cézium-133, používané v štandardných atómových hodinách, je jediným stabilným izotopom cézia so 100% výskytom na Zemi.

V satelitnom navigačnom systéme sa používajú aj atómové hodiny; sú potrebné na určenie presného času a súradníc satelitu. Každý satelit systému GPS má teda štyri sady takýchto hodín: dve rubídiové a dve céziové, ktoré poskytujú presnosť prenosu signálu 50 nanosekúnd. Ruské satelity systému GLONASS majú tiež céziové a rubídiové zariadenia na meranie atómového času a satelity rozvíjajúceho sa európskeho geopozičného systému Galileo sú vybavené vodíkovými a rubídiovými.

Presnosť vodíkových hodín je najvyššia. Je to 0,45 nanosekúnd za 12 hodín. Zdá sa, že používanie takýchto presných hodín systémom Galileo prinesie tento navigačný systém do popredia v roku 2015, keď bude na obežnej dráhe jeho 18 satelitov.

Kompaktné atómové hodiny

Hewlett-Packard bola prvou spoločnosťou, ktorá vyvinula kompaktné atómové hodiny. V roku 1964 vytvorila cézny nástroj HP 5060A s veľkosťou veľkého kufra. Spoločnosť pokračovala v rozvíjaní tohto smeru, no od roku 2005 predala svoju divíziu atómových hodín spoločnosti Symmetricom.

V roku 2011 Draper Laboratories a Sandia National Laboratories vyvinuli a Symmetricom vydal prvé kvantové miniatúrne atómové hodiny. V čase vydania stáli asi 15-tisíc dolárov, boli uzavreté v zapečatenom obale s rozmermi 40 x 35 x 11 milimetrov a vážili 35 gramov. Spotreba energie hodiniek bola necelých 120 miliwattov. Spočiatku boli vyvinuté na objednávku Pentagonu a mali slúžiť navigačným systémom, ktoré fungujú nezávisle od systémov GPS, napríklad hlboko pod vodou alebo na súši.

Už koncom roka 2013 americká spoločnosť Bathys Hawaii predstavila prvé „náramkové“ atómové hodiny. Ako hlavný komponent používajú čip SA.45s vyrábaný spoločnosťou Symmetricom. Vo vnútri čipu je kapsula s céziom-133. Súčasťou dizajnu hodiniek sú aj fotobunky a nízkovýkonný laser. Ten zabezpečuje ohrev plynného cézia, v dôsledku čoho sa jeho atómy začínajú pohybovať z jednej energetickej úrovne na druhú. Meranie času sa robí práve fixovaním takéhoto prechodu. Náklady na nové zariadenie sú približne 12 tisíc dolárov.

Trendy smerom k miniaturizácii, autonómii a presnosti povedú k tomu, že v blízkej budúcnosti pribudnú nové zariadenia využívajúce atómové hodiny vo všetkých oblastiach ľudského života, od kozmického výskumu na obežných satelitoch a staniciach až po domáce aplikácie vo vnútorných a náramkových systémoch.

Často počujeme frázu, že atómové hodiny vždy ukazujú presný čas. Ale z ich názvu je ťažké pochopiť, prečo sú atómové hodiny najpresnejšie alebo ako fungujú.

To, že sa v názve nachádza slovo „atómový“, vôbec neznamená, že hodinky sú životu nebezpečné, aj keď myšlienky na atómovú bombu či jadrovú elektráreň okamžite napadnú. V tomto prípade hovoríme len o princípe hodín. Ak v bežných mechanických hodinách prevody vykonávajú oscilačné pohyby a ich pohyby sa počítajú, potom v atómových hodinách sa počítajú oscilácie elektrónov vo vnútri atómov. Aby sme lepšie pochopili princíp fungovania, pripomeňme si fyziku elementárnych častíc.

Všetky látky v našom svete sa skladajú z atómov. Atómy sa skladajú z protónov, neutrónov a elektrónov. Protóny a neutróny sa navzájom spájajú a vytvárajú jadro, ktoré sa nazýva aj nukleón. Okolo jadra sa pohybujú elektróny, ktoré môžu mať rôznu energetickú hladinu. Najzaujímavejšie je, že pri pohlcovaní alebo vydávaní energie sa elektrón môže pohybovať zo svojej energetickej hladiny na vyššiu alebo nižšiu. Elektrón môže prijímať energiu z elektromagnetického žiarenia absorbovaním alebo vyžarovaním elektromagnetického žiarenia určitej frekvencie pri každom prechode.

Najčastejšie existujú hodinky, v ktorých sa používajú na zmenu atómy prvku Cézium -133. Ak za 1 sekundu kyvadlo konvenčné hodinky vykoná 1 kmitavý pohyb, potom elektróny v atómových hodinách na báze Cézia-133, pri prechode z jednej energetickej úrovne na druhú vyžarujú elektromagnetické žiarenie s frekvenciou 9192631770 Hz. Ukazuje sa, že jedna sekunda je rozdelená na presne tento počet intervalov, ak sa počíta v atómových hodinách. Táto hodnota bola oficiálne prijatá medzinárodným spoločenstvom v roku 1967. Predstavte si obrovský ciferník, kde nie je 60, ale 9192631770 dielikov, ktoré majú len 1 sekundu. Nie je prekvapujúce, že atómové hodiny sú také presné a majú množstvo výhod: atómy nestarnú, neopotrebúvajú sa a frekvencia kmitov bude vždy rovnaká pre jeden chemický prvok, čo umožňuje súčasne porovnávať napr. Napríklad čítanie atómových hodín ďaleko vo vesmíre a na Zemi, nebáť sa chýb.

Vďaka atómovým hodinám si ľudstvo v praxi mohlo otestovať správnosť teórie relativity a presvedčiť sa, že ako na Zemi. Atómové hodiny sú inštalované na mnohých satelitoch a kozmických lodiach, používajú sa pre potreby telekomunikácií, pre mobilnú komunikáciu, porovnávajú presný čas na celej planéte. Bez preháňania to bolo vďaka vynálezu atómových hodín, že ľudstvo mohlo vstúpiť do éry špičkových technológií.

Ako fungujú atómové hodiny?

Cézium-133 sa zahrieva odparovaním atómov cézia, ktoré prechádzajú magnetickým poľom, kde sa vyberajú atómy s požadovanými energetickými stavmi.

Potom vybrané atómy prejdú magnetickým poľom s frekvenciou blízkou 9192631770 Hz, čím vznikne kremenný oscilátor. Atómy cézia pod vplyvom poľa opäť menia svoje energetické stavy a padajú na detektor, ktorý určuje, kedy bude mať najväčší počet prichádzajúcich atómov „správny“ energetický stav. Maximálny počet atómov so zmeneným energetickým stavom naznačuje, že frekvencia mikrovlnného poľa je zvolená správne a potom je jej hodnota privedená do elektronického zariadenia - frekvenčného deliča, ktorý znížením frekvencie o celé číslo dostane číslo 1, ktoré je referenčnou sekundou.

Atómy cézia sa teda používajú na kontrolu správnej frekvencie magnetického poľa produkovaného kryštálovým oscilátorom, čo pomáha udržiavať ho konštantné.

Je to zaujímavé: hoci atómové hodiny, ktoré dnes existujú, sú bezprecedentne presné a môžu bežať bez chýb po milióny rokov, fyzici sa tam nezastavia. Pomocou atómov rôznych chemických prvkov neustále pracujú na zlepšovaní presnosti atómových hodín. Z najnovších vynálezov - atómové hodiny na stroncium, ktoré sú trikrát presnejšie ako ich céziový náprotivok. Trvalo by im 15 miliárd rokov, kým by zaostali len o sekundu – o čas dlhší ako vek nášho vesmíru…

Ak nájdete chybu, zvýraznite časť textu a kliknite Ctrl+Enter.

Atómové hodiny 27. januára 2016

Švajčiarsko a dokonca ani Japonsko nebude rodiskom prvých vreckových hodiniek na svete so zabudovaným atómovým časomierou. Myšlienka ich vytvorenia vznikla v srdci Veľkej Británie od londýnskej značky Hoptroff

Atómové, alebo ako sa tiež nazývajú „kvantové hodiny“, je zariadenie, ktoré meria čas pomocou prirodzených vibrácií spojených s procesmi prebiehajúcimi na úrovni atómov alebo molekúl. Richard Hoptroff sa rozhodol, že je načase, aby moderní páni, ktorí sa zaujímajú o high-tech zariadenia, vymenili vreckové mechanické hodinky za niečo extravagantnejšie a neobyčajnejšie a tiež v súlade s modernými mestskými trendmi.

Verejnosti sa tak ukázali elegantné vreckové atómové hodinky Hoptroff č. 10, ktorý modernú generáciu zlákanú množstvom vychytávok dokáže prekvapiť nielen retro štýlom a fantastickou presnosťou, ale aj životnosťou. Podľa vývojárov, ak budete mať tieto hodinky so sebou, budete môcť zostať tým najpresnejším človekom najmenej 5 miliárd rokov.

Čo zaujímavé sa o nich ešte dozviete...

Fotografia 2.

Pre všetkých, ktorí sa o takéto hodinky nikdy nezaujímali, stojí za to stručne popísať princíp ich fungovania. Vo vnútri „atómového zariadenia“ nie je nič, čo by pripomínalo klasické mechanické hodinky. V Hoptroff č. 10 neexistujú žiadne mechanické časti ako také. Namiesto toho sú atómové vreckové hodinky vybavené utesnenou komorou naplnenou rádioaktívnou plynnou látkou, ktorej teplota je riadená špeciálnou pecou. Presné načasovanie je nasledovné: lasery excitujú atómy chemického prvku, ktorý je akousi „výplňou“ hodín a rezonátor zachytáva a meria každý atómový prechod. Dnes je základným prvkom takýchto zariadení cézium. Ak si spomenieme na sústavu jednotiek SI, tak v nej je hodnota sekundy spojená s počtom periód elektromagnetického žiarenia počas prechodu atómov cézia-133 z jednej energetickej úrovne na druhú.

Fotka 3.

Ak je v smartfónoch procesorový čip považovaný za srdce zariadenia, potom v Hoptroff č. 10 túto úlohu preberá modul-generátor referenčného času. Dodáva ho spoločnosť Symmetricom a samotný čip bol pôvodne zameraný na použitie vo vojenskom priemysle – v bezpilotných lietadlách.

Atómové hodiny CSAC sú vybavené teplotne riadeným termostatom obsahujúcim céziovú parnú komoru. Vplyvom laseru na atómy cézia-133 začína ich prechod z jedného energetického stavu do druhého, na čo sa používa mikrovlnný rezonátor na jeho meranie. Od roku 1967 Medzinárodná sústava jednotiek (SI) definovala jednu sekundu ako 9 192 631 770 periód elektromagnetického žiarenia vznikajúceho pri prechode medzi dvoma hyperjemnými úrovňami základného stavu atómu cézia-133. Na základe toho si ťažko predstaviť technicky presnejšie hodinky na báze cézia. Časom, s nedávnym pokrokom v meraní času, budú nové optické hodiny založené na hliníkovom ióne pulzujúcom na ultrafialovej frekvencii (100 000-násobok mikrovlnnej frekvencie céziových hodín) stokrát presnejšie ako atómové hodinky. Zjednodušene povedané, nové vreckové hodinky Hoptroff č. 10 majú presnosť 0,0015 sekundy za rok, čo je 2,4 miliónkrát lepšie ako štandardy COSC.

Fotografia 4.

Na hranici fantázie je aj funkčná stránka zariadenia. S ním môžete zistiť: čas, dátum, deň v týždni, rok, zemepisnú šírku a dĺžku v rôznych hodnotách, tlak, vlhkosť, hviezdne hodiny a minúty, predpoveď prílivu a odlivu a mnoho ďalších ukazovateľov. Hodinky sa dodávajú v zlate a na vytvorenie puzdra z drahého kovu sa plánuje použiť 3D tlač.

Richard Hoptrof úprimne verí, že práve táto produkčná možnosť pre jeho potomkov je najvýhodnejšia. Pre miernu zmenu dizajnovej zložky dizajnu nebude vôbec potrebné prestavať výrobnú linku, ale využiť na to funkčnú flexibilitu 3D tlačového zariadenia. Je pravda, že stojí za zmienku, že zobrazený prototyp hodiniek bol vyrobený klasickým spôsobom.

Fotografia 5.

Čas je v dnešnej dobe veľmi vzácny a vreckové hodinky Hoptroff č. 10 je toho priamym potvrdením. Podľa predbežných informácií bude prvá várka jadrových zariadení 12 kusov a čo sa týka nákladov, cena za 1 kópiu bude 78 000 dolárov.

Fotografia 6.

Podľa Richarda Hoptroffa, výkonného riaditeľa značky, Hoptroffova londýnska rezidencia zohrala kľúčovú úlohu v myšlienke. „V našich strojčekoch quartz používame vysoko presný oscilačný systém so signálom GPS. Ale v centre Londýna nie je také ľahké zachytiť práve tento signál. Raz, počas výletu do observatória v Greenwichi, som tam videl atómové hodiny Hewlett Packard a rozhodol som sa kúpiť si niečo podobné cez internet. A ja som nemohol. Namiesto toho som narazil na informácie o čipe Symmetricon a po troch dňoch premýšľania som si uvedomil, že by bol ideálny pre vreckové hodinky.“

Predmetným čipom sú céziové atómové hodiny SA.45s (CSAC), prvá generácia miniatúrnych atómových hodín pre prijímače GPS, rádioprijímače a drony. Napriek svojim skromným rozmerom (40 mm x 34,75 mm) je nepravdepodobné, že by sa zmestili do náramkových hodiniek. Preto sa Hoptroff rozhodol vybaviť nimi pomerne solídny vreckový model (priemer 82 mm).

Okrem toho, že sú to najpresnejšie hodinky na svete, Hoptroff No 10 (desiaty strojček značky) sa hlási aj k prvému zlatému puzdru vyrobenému technológiou 3D tlače. Hoptroff si ešte nie je istý, koľko zlata bude potrebné na výrobu puzdra (práca na prvom prototype bola dokončená, keď sa vydanie dostalo do tlače), ale naznačuje, že jeho cena bude „minimálne niekoľko tisíc libier“. A so všetkým výskumom a vývojom potrebným na vývoj produktu (spomeňte si na funkciu prílivu a odlivu pre harmonické konštanty pre 3 000 rôznych portov), ​​očakávali by ste, že konečná maloobchodná cena bude v oblasti 50 000 libier.

Zlaté puzdro modelu č.10 pri výstupe z 3D tlačiarne a v hotovej podobe

Kupujúci sa automaticky stávajú členmi exkluzívneho klubu a budú musieť podpísať písomný záväzok nepoužívať čip atómových hodín ako zbraň. "Toto je jedna z podmienok našej zmluvy s dodávateľom," vysvetľuje pán Hoptroff, "pretože atómový čip sa pôvodne používal v systémoch navádzania rakiet." Nie je to veľa na to, aby ste mohli získať hodinky s dokonalou presnosťou.

Šťastní majitelia No.10 od Hoptroff budú mať k dispozícii oveľa viac než len veľmi presné hodinky. Model slúži aj ako vreckové navigačné zariadenie, ktoré umožňuje určiť zemepisnú dĺžku s presnosťou na jednu námornú míľu, a to aj po mnohých rokoch na mori pomocou jednoduchého sextantu. Model dostane dva ciferníky, no dizajn jedného z nich je zatiaľ utajený. Druhou je kolotoč počítadiel zobrazujúcich až 28 komplikácií: od všetkých možných chronometrických funkcií a ukazovateľov kalendára až po kompas, teplomer, vlhkomer (prístroj na meranie vlhkosti), barometer, počítadlo zemepisnej šírky a dĺžky a ukazovateľ vysokej / odliv. A to nehovoríme o životne dôležitých ukazovateľoch stavu atómového termostatu.

Hoptroff plánuje uviesť na trh množstvo nových produktov, vrátane elektronickej verzie legendárnych komplikovaných hodiniek Space Traveler od Georgea Danielsa. V súčasnosti sa pracuje na integrácii technológie Bluetooth do hodiniek na ukladanie osobných informácií nositeľa a umožnenie automatického prispôsobenia komplikácií, ako je zobrazenie fázy mesiaca.

Prvé exempláre No.10 sa objavia budúci rok, no zatiaľ spoločnosť hľadá vhodných partnerov medzi maloobchodníkmi. „Určite by sme sa ho mohli pokúsiť predať online, ale toto je prémiový model, takže ho stále musíte držať v rukách, aby ste ho ocenili. To znamená, že naďalej budeme musieť využívať služby predajcov a sme pripravení začať rokovania,“ uzatvára pán Hoptroff.

A dokonca Pôvodný článok je na webe InfoGlaz.rf Odkaz na článok, z ktorého je táto kópia vytvorená -