શા માટે અણુ ઘડિયાળો સૌથી સચોટ છે? અણુ ઘડિયાળ: સંચાલન સિદ્ધાંત.

ગયા વર્ષે, 2012, માનવજાતે શક્ય તેટલી ચોક્કસ રીતે સમય માપવા માટે પરમાણુ ટાઈમકીપિંગનો ઉપયોગ કરવાનું નક્કી કર્યું ત્યારથી પિસ્તાળીસ વર્ષ થયા. 1967 માં, આંતરરાષ્ટ્રીય સમય શ્રેણી ખગોળશાસ્ત્રીય ભીંગડા દ્વારા નક્કી કરવાનું બંધ કરી દીધું - તે સીઝિયમ આવર્તન ધોરણ દ્વારા બદલવામાં આવ્યું. તે તે જ હતો જેણે હવે લોકપ્રિય નામ - અણુ ઘડિયાળ પ્રાપ્ત કર્યું. તેઓ જે ચોક્કસ સમય નક્કી કરવા દે છે તેમાં દર ત્રણ મિલિયન વર્ષમાં એક સેકન્ડની નજીવી ભૂલ હોય છે, જે તેમને વિશ્વના કોઈપણ ખૂણામાં સમયના ધોરણ તરીકે ઉપયોગમાં લેવાની મંજૂરી આપે છે.

થોડો ઇતિહાસ

સમયના અતિ-ચોક્કસ માપન માટે અણુ સ્પંદનોનો ઉપયોગ કરવાનો વિચાર સૌપ્રથમ 1879માં બ્રિટિશ ભૌતિકશાસ્ત્રી વિલિયમ થોમસન દ્વારા વ્યક્ત કરવામાં આવ્યો હતો. આ વૈજ્ઞાનિકે રેઝોનેટર અણુઓના ઉત્સર્જક તરીકે હાઇડ્રોજનનો ઉપયોગ કરવાની દરખાસ્ત કરી. આ વિચારને અમલમાં મૂકવાના પ્રથમ પ્રયાસો ફક્ત 40 ના દાયકામાં જ કરવામાં આવ્યા હતા. વીસમી સદી. વિશ્વની પ્રથમ કાર્યરત અણુ ઘડિયાળ 1955 માં ગ્રેટ બ્રિટનમાં દેખાઈ હતી. તેમના સર્જક બ્રિટિશ પ્રાયોગિક ભૌતિકશાસ્ત્રી ડૉ. લુઈ એસેન હતા. આ ઘડિયાળો સીઝિયમ-133 પરમાણુના સ્પંદનો પર આધારિત કામ કરતી હતી અને તેના કારણે વૈજ્ઞાનિકો આખરે સમયને પહેલા કરતાં ઘણી વધુ ચોકસાઈ સાથે માપવામાં સક્ષમ હતા. એસેનના પ્રથમ ઉપકરણે દર સો વર્ષ માટે એક સેકન્ડથી વધુની ભૂલની મંજૂરી આપી હતી, પરંતુ ત્યારબાદ તે ઘણી વખત વધી હતી અને પ્રતિ સેકન્ડની ભૂલ ફક્ત 2-3 સો મિલિયન વર્ષોમાં જ એકઠા થઈ શકે છે.

અણુ ઘડિયાળ: સંચાલન સિદ્ધાંત

આ હોંશિયાર "ઉપકરણ" કેવી રીતે કામ કરે છે? અણુ ઘડિયાળો રેઝોનન્ટ ફ્રીક્વન્સી જનરેટર તરીકે ક્વોન્ટમ સ્તરે પરમાણુ અથવા અણુઓનો ઉપયોગ કરે છે. "અણુ ન્યુક્લિયસ - ઇલેક્ટ્રોન" સિસ્ટમ અને કેટલાક અલગ ઊર્જા સ્તરો વચ્ચે જોડાણ સ્થાપિત કરે છે. જો આવી સિસ્ટમ સખત રીતે નિર્દિષ્ટ આવર્તનથી પ્રભાવિત થાય છે, તો પછી આ સિસ્ટમનું નિમ્ન સ્તરથી ઉચ્ચ સ્તર પર સંક્રમણ થશે. વિપરીત પ્રક્રિયા પણ શક્ય છે: અણુનું ઉચ્ચ સ્તરથી નીચલા સ્તરમાં સંક્રમણ, ઊર્જાના ઉત્સર્જન સાથે. આ ઘટનાઓને નિયંત્રિત કરી શકાય છે અને ઓસીલેટરી સર્કિટ (જેને એટોમિક ઓસીલેટર પણ કહેવાય છે) જેવું કંઈક બનાવીને તમામ ઉર્જા કૂદકા રેકોર્ડ કરી શકાય છે. તેની રેઝોનન્ટ આવર્તન પડોશી અણુ સંક્રમણ સ્તરો વચ્ચેના ઊર્જા તફાવતને અનુરૂપ હશે, જે પ્લાન્કના સ્થિરાંક દ્વારા વિભાજિત થશે.

આવા ઓસીલેટરી સર્કિટમાં તેના યાંત્રિક અને ખગોળશાસ્ત્રીય પુરોગામીની તુલનામાં નિર્વિવાદ ફાયદા છે. આવા એક પરમાણુ ઓસિલેટર માટે, કોઈપણ પદાર્થના અણુઓની રેઝોનન્ટ આવર્તન સમાન હશે, જે લોલક અને પીઝોક્રિસ્ટલ્સ વિશે કહી શકાય નહીં. વધુમાં, અણુઓ સમય જતાં તેમના ગુણધર્મોને બદલતા નથી અને થાકતા નથી. તેથી, અણુ ઘડિયાળો અત્યંત સચોટ અને વ્યવહારિક રીતે શાશ્વત ક્રોનોમીટર છે.

સચોટ સમય અને આધુનિક ટેકનોલોજી

ટેલિકોમ્યુનિકેશન નેટવર્ક્સ, સેટેલાઇટ કોમ્યુનિકેશન્સ, જીપીએસ, એનટીપી સર્વર્સ, સ્ટોક એક્સચેન્જ પર ઇલેક્ટ્રોનિક વ્યવહારો, ઇન્ટરનેટ હરાજી, ઇન્ટરનેટ દ્વારા ટિકિટ ખરીદવાની પ્રક્રિયા - આ બધી અને અન્ય ઘણી ઘટનાઓ લાંબા સમયથી આપણા જીવનમાં નિશ્ચિતપણે સ્થાપિત છે. પરંતુ જો માનવતાએ અણુ ઘડિયાળોની શોધ કરી ન હોત, તો આ બધું જ બન્યું ન હોત. ચોક્કસ સમય, સિંક્રનાઇઝેશન કે જેની સાથે તમે કોઈપણ ભૂલો, વિલંબ અને વિલંબને ઘટાડી શકો છો, વ્યક્તિને આ અમૂલ્ય બદલી ન શકાય તેવા સંસાધનનો મહત્તમ ઉપયોગ કરવાની મંજૂરી આપે છે, જેમાંથી ક્યારેય વધારે પડતું નથી.

આપણે વારંવાર આ વાક્ય સાંભળીએ છીએ કે અણુ ઘડિયાળો હંમેશા ચોક્કસ સમય દર્શાવે છે. પરંતુ તેમના નામ પરથી એ સમજવું મુશ્કેલ છે કે શા માટે અણુ ઘડિયાળો સૌથી સચોટ છે અથવા તેઓ કેવી રીતે કાર્ય કરે છે.

નામમાં "પરમાણુ" શબ્દ હોવાનો અર્થ એ નથી કે ઘડિયાળ જીવન માટે જોખમ ઊભું કરે છે, ભલે અણુ બોમ્બ અથવા પરમાણુ પાવર પ્લાન્ટના વિચારો તરત જ મનમાં આવે. આ કિસ્સામાં, અમે ફક્ત ઘડિયાળના સંચાલનના સિદ્ધાંત વિશે વાત કરી રહ્યા છીએ. જો સામાન્ય યાંત્રિક ઘડિયાળમાં ગિયર્સ દ્વારા ઓસીલેટરી હલનચલન કરવામાં આવે છે અને તેમની હિલચાલની ગણતરી કરવામાં આવે છે, તો પછી અણુ ઘડિયાળમાં અણુઓની અંદરના ઇલેક્ટ્રોનના ઓસિલેશનની ગણતરી કરવામાં આવે છે. ઓપરેશનના સિદ્ધાંતને વધુ સારી રીતે સમજવા માટે, ચાલો પ્રાથમિક કણોના ભૌતિકશાસ્ત્રને યાદ કરીએ.

આપણા વિશ્વના તમામ પદાર્થો અણુઓથી બનેલા છે. અણુઓમાં પ્રોટોન, ન્યુટ્રોન અને ઇલેક્ટ્રોનનો સમાવેશ થાય છે. પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોન એકબીજા સાથે જોડાઈને ન્યુક્લિયસ બનાવે છે, જેને ન્યુક્લિઅન પણ કહેવાય છે. ઇલેક્ટ્રોન ન્યુક્લિયસની આસપાસ ફરે છે, જે વિવિધ ઊર્જા સ્તરો પર હોઈ શકે છે. સૌથી રસપ્રદ બાબત એ છે કે જ્યારે ઉર્જાને શોષી લે છે અથવા છોડે છે, ત્યારે ઈલેક્ટ્રોન તેના ઉર્જા સ્તરથી ઊંચા કે નીચલા સ્તરે જઈ શકે છે. ઇલેક્ટ્રોન ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશનમાંથી ઊર્જા મેળવી શકે છે, દરેક સંક્રમણ સાથે ચોક્કસ આવર્તનના ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશનને શોષી અથવા ઉત્સર્જન કરી શકે છે.

મોટેભાગે ત્યાં ઘડિયાળો હોય છે જેમાં તત્વ સીઝિયમ -133 ના અણુઓનો ઉપયોગ ફેરફાર માટે થાય છે. જો 1 સેકન્ડમાં લોલક નિયમિત ઘડિયાળ 1 ઓસીલેટરી ગતિ કરે છે, પછી ઇલેક્ટ્રોન અણુ ઘડિયાળોમાંસીઝિયમ-133 પર આધારિત, જ્યારે એક ઊર્જા સ્તરથી બીજામાં સંક્રમણ થાય છે, ત્યારે તેઓ 9192631770 હર્ટ્ઝની આવર્તન સાથે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશનનું ઉત્સર્જન કરે છે. જો તે પરમાણુ ઘડિયાળોમાં ગણતરી કરવામાં આવે તો તે તારણ આપે છે કે એક સેકન્ડ બરાબર આ સંખ્યામાં વિભાજિત થાય છે. આ મૂલ્ય 1967 માં આંતરરાષ્ટ્રીય સમુદાય દ્વારા સત્તાવાર રીતે અપનાવવામાં આવ્યું હતું. 60 નહીં, પરંતુ 9192631770 વિભાગો સાથે વિશાળ ડાયલની કલ્પના કરો, જે માત્ર 1 સેકન્ડ બનાવે છે. તે આશ્ચર્યજનક નથી કે અણુ ઘડિયાળો એટલી સચોટ છે અને તેના ઘણા ફાયદા છે: અણુઓ વૃદ્ધત્વને આધિન નથી, ઘસાઈ જતા નથી, અને ઓસિલેશન આવર્તન હંમેશા એક રાસાયણિક તત્વ માટે સમાન રહેશે, જેના કારણે તે શક્ય છે. સિંક્રનસ રીતે સરખામણી કરો, ઉદાહરણ તરીકે, ભૂલોના ડર વિના, અવકાશમાં અને પૃથ્વી પરના અણુ ઘડિયાળોના વાંચન.

અણુ ઘડિયાળો માટે આભાર, માનવતા વ્યવહારમાં સાપેક્ષતાના સિદ્ધાંતની શુદ્ધતાનું પરીક્ષણ કરવામાં સક્ષમ હતી અને ખાતરી કરી હતી કે તે પૃથ્વી કરતાં વધુ સારી છે. અણુ ઘડિયાળો ઘણા ઉપગ્રહો અને અવકાશયાન પર સ્થાપિત થાય છે; તેનો ઉપયોગ ટેલિકોમ્યુનિકેશનની જરૂરિયાતો માટે, મોબાઇલ સંચાર માટે થાય છે, અને તેનો ઉપયોગ સમગ્ર ગ્રહ પર ચોક્કસ સમયની તુલના કરવા માટે થાય છે. અતિશયોક્તિ વિના, તે અણુ ઘડિયાળોની શોધને આભારી છે કે માનવતા ઉચ્ચ તકનીકના યુગમાં પ્રવેશવામાં સક્ષમ હતી.

અણુ ઘડિયાળો કેવી રીતે કામ કરે છે?

સીઝિયમ-133 સીઝિયમ અણુઓનું બાષ્પીભવન કરીને ગરમ થાય છે, જે ચુંબકીય ક્ષેત્રમાંથી પસાર થાય છે, જ્યાં ઇચ્છિત ઉર્જા અવસ્થાઓ સાથેના પરમાણુ પસંદ કરવામાં આવે છે.

પસંદ કરેલા અણુઓ પછી 9192631770 Hz ની આવર્તન સાથે ચુંબકીય ક્ષેત્રમાંથી પસાર થાય છે, જે ક્વાર્ટઝ ઓસિલેટર દ્વારા બનાવવામાં આવે છે. ક્ષેત્રના પ્રભાવ હેઠળ, સીઝિયમ અણુઓ ફરીથી ઉર્જા અવસ્થામાં ફેરફાર કરે છે અને ડિટેક્ટર પર પડે છે, જે રેકોર્ડ કરે છે કે જ્યારે આવનારા અણુઓની સૌથી વધુ સંખ્યામાં "સાચી" ઊર્જા સ્થિતિ હશે. બદલાયેલી ઉર્જા સ્થિતિ સાથે અણુઓની મહત્તમ સંખ્યા સૂચવે છે કે માઇક્રોવેવ ક્ષેત્રની આવર્તન યોગ્ય રીતે પસંદ કરવામાં આવી છે, અને પછી તેનું મૂલ્ય ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણમાં ખવડાવવામાં આવે છે - એક આવર્તન વિભાજક, જે, પૂર્ણાંક સંખ્યા દ્વારા આવર્તન ઘટાડીને, પ્રાપ્ત કરે છે. નંબર 1, જે સંદર્ભ બીજો છે.

આમ, સીઝિયમ અણુઓનો ઉપયોગ ક્રિસ્ટલ ઓસિલેટર દ્વારા ઉત્પાદિત ચુંબકીય ક્ષેત્રની સાચી આવર્તન તપાસવા માટે થાય છે, જે તેને સ્થિર મૂલ્ય પર જાળવવામાં મદદ કરે છે.

આ રસપ્રદ છે: જો કે વર્તમાન અણુ ઘડિયાળો અભૂતપૂર્વ રીતે સચોટ છે અને લાખો વર્ષો સુધી ભૂલો વિના ચાલી શકે છે, ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ ત્યાં અટકવાના નથી. વિવિધ રાસાયણિક તત્વોના અણુઓનો ઉપયોગ કરીને, તેઓ અણુ ઘડિયાળોની ચોકસાઈને સુધારવા માટે સતત કામ કરી રહ્યા છે. નવીનતમ શોધોમાં અણુ ઘડિયાળ છે સ્ટ્રોન્ટીયમ, જે તેમના સીઝિયમ સમકક્ષ કરતાં ત્રણ ગણા વધુ સચોટ છે. માત્ર એક સેકન્ડ પાછળ રહેવા માટે, તેમને 15 અબજ વર્ષોની જરૂર પડશે - આપણા બ્રહ્માંડની ઉંમર કરતાં વધુ સમય...

જો તમને કોઈ ભૂલ મળે, તો કૃપા કરીને ટેક્સ્ટનો એક ભાગ પ્રકાશિત કરો અને ક્લિક કરો Ctrl+Enter.

કોલંબિયા યુનિવર્સિટીના ભૌતિકશાસ્ત્રના પ્રોફેસર ઇસિડોર રાબીએ અગાઉ ક્યારેય ન જોયેલા પ્રોજેક્ટની દરખાસ્ત કરી છે: ચુંબકીય રેઝોનન્સના અણુ કિરણના સિદ્ધાંત પર કામ કરતી ઘડિયાળ. આ 1945 માં થયું હતું, અને પહેલેથી જ 1949 માં નેશનલ બ્યુરો ઓફ સ્ટાન્ડર્ડ્સે પ્રથમ કાર્યકારી પ્રોટોટાઇપ બહાર પાડ્યો હતો. તે એમોનિયા પરમાણુના સ્પંદનો વાંચે છે. સીઝિયમ ખૂબ પાછળથી ઉપયોગમાં આવ્યું: NBS-1 મોડેલ ફક્ત 1952 માં દેખાયું.

ઈંગ્લેન્ડની નેશનલ ફિઝિકલ લેબોરેટરીએ 1955માં પ્રથમ સીઝિયમ બીમ ઘડિયાળ બનાવી હતી. દસ વર્ષથી વધુ સમય પછી, વજન અને માપની સામાન્ય પરિષદ દરમિયાન, વધુ અદ્યતન ઘડિયાળ રજૂ કરવામાં આવી હતી, જે સીઝિયમ અણુમાં સ્પંદનો પર આધારિત હતી. મોડલ NBS-4નો ઉપયોગ 1990 સુધી થતો હતો.

ઘડિયાળોના પ્રકાર

આ ક્ષણે, ત્રણ પ્રકારની અણુ ઘડિયાળો છે, જે લગભગ સમાન સિદ્ધાંત પર કામ કરે છે. સીઝિયમ ઘડિયાળો, સૌથી સચોટ, ચુંબકીય ક્ષેત્ર દ્વારા સીઝિયમ અણુને અલગ કરે છે. સૌથી સરળ અણુ ઘડિયાળ, રુબિડિયમ ઘડિયાળ, કાચના બલ્બમાં બંધ રુબિડિયમ ગેસનો ઉપયોગ કરે છે. અને અંતે, હાઇડ્રોજન અણુ ઘડિયાળ તેના સંદર્ભ બિંદુ તરીકે હાઇડ્રોજન અણુઓ લે છે, જે ખાસ સામગ્રીના શેલમાં બંધ છે - તે અણુઓને ઝડપથી ઊર્જા ગુમાવતા અટકાવે છે.

કેટલા વાગ્યા છે

1999 માં, યુએસ નેશનલ ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ સ્ટાન્ડર્ડ્સ એન્ડ ટેક્નોલોજી (NIST) એ અણુ ઘડિયાળના વધુ અદ્યતન સંસ્કરણનો પ્રસ્તાવ મૂક્યો. NIST-F1 મોડલ દર વીસ મિલિયન વર્ષે માત્ર એક સેકન્ડની ભૂલને મંજૂરી આપે છે.

સૌથી સચોટ

પરંતુ NIST ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ ત્યાં અટક્યા ન હતા. વૈજ્ઞાનિકોએ આ વખતે સ્ટ્રોન્ટીયમ અણુઓ પર આધારિત નવું ક્રોનોમીટર વિકસાવવાનું નક્કી કર્યું. નવી ઘડિયાળ અગાઉના મોડલના 60% પર કામ કરે છે, જેનો અર્થ છે કે તે વીસ મિલિયન વર્ષોમાં નહીં, પરંતુ પાંચ અબજમાં એક સેકન્ડ ગુમાવે છે.

સમય માપવા

આંતરરાષ્ટ્રીય કરારે સીઝિયમ કણના પડઘો માટે એકમાત્ર ચોક્કસ આવર્તન નક્કી કરી છે. આ 9,192,631,770 હર્ટ્ઝ છે - આ સંખ્યા દ્વારા આઉટપુટ સિગ્નલને વિભાજિત કરવાથી સેકન્ડ દીઠ બરાબર એક ચક્ર બરાબર થાય છે.

અણુ ઘડિયાળો એ સૌથી સચોટ સમય માપવાનાં સાધનો છે જે આજે અસ્તિત્વ ધરાવે છે અને જેમ જેમ આધુનિક ટેક્નોલોજીનો વિકાસ થતો જાય છે અને વધુ જટિલ બનતો જાય છે તેમ તેમ તે વધુને વધુ મહત્વપૂર્ણ બની રહી છે.

ઓપરેટિંગ સિદ્ધાંત

અણુ ઘડિયાળો કિરણોત્સર્ગી સડોને કારણે ચોક્કસ સમય રાખે છે, જેમ કે તેમનું નામ સૂચવે છે, પરંતુ ન્યુક્લી અને તેમની આસપાસના ઇલેક્ટ્રોનના સ્પંદનોનો ઉપયોગ કરીને. તેમની આવર્તન ન્યુક્લિયસના સમૂહ, ગુરુત્વાકર્ષણ અને હકારાત્મક રીતે ચાર્જ કરેલ ન્યુક્લિયસ અને ઇલેક્ટ્રોન વચ્ચેના ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક "બેલેન્સર" દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે. આ નિયમિત ઘડિયાળની હિલચાલને તદ્દન અનુરૂપ નથી. અણુ ઘડિયાળો વધુ ભરોસાપાત્ર સમય રક્ષક છે કારણ કે ભેજ, તાપમાન અથવા દબાણ જેવા પર્યાવરણીય પરિબળોને આધારે તેમની ધ્રુજારી બદલાતી નથી.

અણુ ઘડિયાળોની ઉત્ક્રાંતિ

વર્ષોથી, વૈજ્ઞાનિકોને સમજાયું છે કે અણુઓમાં ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશનને શોષવાની અને ઉત્સર્જન કરવાની ક્ષમતા સાથે સંબંધિત રેઝોનન્ટ ફ્રીક્વન્સીઝ હોય છે. 1930 અને 1940 ના દાયકામાં, ઉચ્ચ-આવર્તન સંચાર અને રડાર સાધનો વિકસાવવામાં આવ્યા હતા જે અણુઓ અને પરમાણુઓની રેઝોનન્સ ફ્રીક્વન્સીઝ સાથે ઇન્ટરફેસ કરી શકે છે. આ ઘડિયાળના વિચારમાં ફાળો આપ્યો.

પ્રથમ ઉદાહરણો નેશનલ ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ સ્ટાન્ડર્ડ્સ એન્ડ ટેક્નોલોજી (NIST) દ્વારા 1949 માં બનાવવામાં આવ્યા હતા. એમોનિયાનો ઉપયોગ કંપન સ્ત્રોત તરીકે થતો હતો. જો કે, તેઓ હાલના સમયના ધોરણ કરતાં વધુ સચોટ નહોતા અને આગામી પેઢીમાં સીઝિયમનો ઉપયોગ થતો હતો.

નવું ધોરણ

સમય માપનની ચોકસાઇમાં ફેરફાર એટલો મોટો હતો કે 1967માં વજન અને માપ પરની જનરલ કોન્ફરન્સે SI સેકન્ડને તેની રેઝોનન્ટ આવર્તન પર સીઝિયમ અણુના 9,192,631,770 સ્પંદનો તરીકે વ્યાખ્યાયિત કર્યું હતું. આનો અર્થ એ થયો કે સમય હવે પૃથ્વીની હિલચાલ સાથે સંબંધિત નથી. વિશ્વની સૌથી સ્થિર અણુ ઘડિયાળ 1968માં બનાવવામાં આવી હતી અને તેનો ઉપયોગ 1990 સુધી NIST ટાઈમકીપિંગ સિસ્ટમના ભાગ રૂપે થતો હતો.

સુધારણા કાર

આ ક્ષેત્રમાં નવીનતમ પ્રગતિમાંની એક લેસર કૂલિંગ છે. આનાથી સિગ્નલ-ટુ-નોઈઝ રેશિયોમાં સુધારો થયો અને ઘડિયાળના સિગ્નલમાં અનિશ્ચિતતા ઓછી થઈ. આ ઠંડક પ્રણાલી અને સીઝિયમ ઘડિયાળોને સુધારવા માટે વપરાતા અન્ય સાધનોને રાખવા માટે રેલરોડ કારના કદ જેટલી જગ્યાની જરૂર પડશે, જોકે કોમર્શિયલ વર્ઝન સૂટકેસમાં ફિટ થઈ શકે છે. આ પ્રયોગશાળા સ્થાપનોમાંથી એક બોલ્ડર, કોલોરાડોમાં સમય રાખે છે અને તે પૃથ્વી પરની સૌથી સચોટ ઘડિયાળ છે. તેઓ માત્ર 2 નેનોસેકન્ડ પ્રતિ દિવસ, અથવા 1.4 મિલિયન વર્ષમાં 1 સેકન્ડ દ્વારા ખોટા છે.

જટિલ ટેકનોલોજી

આ પ્રચંડ ચોકસાઇ જટિલ ઉત્પાદન પ્રક્રિયાનું પરિણામ છે. પ્રથમ, પ્રવાહી સીઝિયમને ભઠ્ઠીમાં મૂકવામાં આવે છે અને તે ગેસમાં ફેરવાય ત્યાં સુધી તેને ગરમ કરવામાં આવે છે. ધાતુના અણુઓ ભઠ્ઠીમાં નાના ઓપનિંગ દ્વારા ઊંચી ઝડપે બહાર નીકળી જાય છે. ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટ તેમને વિવિધ ઊર્જા સાથે અલગ બીમમાં વિભાજિત કરે છે. જરૂરી બીમ U-આકારના છિદ્રમાંથી પસાર થાય છે, અને અણુઓ 9,192,631,770 Hz ની આવર્તન સાથે માઇક્રોવેવ ઊર્જા સાથે ઇરેડિયેટ થાય છે. આનો આભાર, તેઓ ઉત્સાહિત છે અને એક અલગ ઊર્જા રાજ્યમાં જાય છે. પછી ચુંબકીય ક્ષેત્ર અણુઓની અન્ય ઊર્જા અવસ્થાઓને ફિલ્ટર કરે છે.

ડિટેક્ટર સીઝિયમ પર પ્રતિક્રિયા આપે છે અને યોગ્ય આવર્તન મૂલ્ય પર મહત્તમ દર્શાવે છે. ક્વાર્ટઝ ઓસિલેટરને ગોઠવવા માટે આ જરૂરી છે જે ઘડિયાળની પદ્ધતિને નિયંત્રિત કરે છે. તેની આવર્તનને 9.192.631.770 વડે ભાગવાથી પ્રતિ સેકન્ડ એક પલ્સ મળે છે.

માત્ર સીઝિયમ જ નહીં

જોકે સૌથી સામાન્ય અણુ ઘડિયાળો સીઝિયમના ગુણધર્મોનો ઉપયોગ કરે છે, અન્ય પ્રકારો છે. તેઓ ઉપયોગમાં લેવાતા તત્વ અને ઉર્જા સ્તરમાં ફેરફાર નક્કી કરવાના માધ્યમોમાં ભિન્ન છે. અન્ય સામગ્રી હાઇડ્રોજન અને રૂબિડિયમ છે. હાઇડ્રોજન અણુ ઘડિયાળો સીઝિયમ ઘડિયાળોની જેમ જ કાર્ય કરે છે, પરંતુ ખાસ સામગ્રીથી બનેલી દિવાલો સાથેના કન્ટેનરની જરૂર હોય છે જે અણુઓને ખૂબ ઝડપથી ઊર્જા ગુમાવતા અટકાવે છે. રુબિડિયમ ઘડિયાળો સૌથી સરળ અને સૌથી કોમ્પેક્ટ છે. તેમાં, રુબિડિયમ ગેસથી ભરેલો કાચનો કોષ જ્યારે અલ્ટ્રાહાઈ ફ્રિકવન્સીના સંપર્કમાં આવે ત્યારે પ્રકાશના શોષણમાં ફેરફાર કરે છે.

કોને ચોક્કસ સમયની જરૂર છે?

આજે, સમયને અત્યંત ચોકસાઇથી માપી શકાય છે, પરંતુ આ શા માટે મહત્વનું છે? મોબાઇલ ફોન, ઇન્ટરનેટ, જીપીએસ, ઉડ્ડયન કાર્યક્રમો અને ડિજિટલ ટેલિવિઝન જેવી સિસ્ટમમાં આ જરૂરી છે. પ્રથમ નજરમાં આ સ્પષ્ટ નથી.

પેકેટ સિંક્રોનાઇઝેશનમાં સમયનો કેટલો ચોક્કસ ઉપયોગ થાય છે તેનું ઉદાહરણ છે. હજારો ટેલિફોન કોલ્સ સરેરાશ કોમ્યુનિકેશન લાઇનમાંથી પસાર થાય છે. આ ફક્ત શક્ય છે કારણ કે વાતચીત સંપૂર્ણપણે પ્રસારિત થતી નથી. ટેલિકોમ્યુનિકેશન કંપની તેને નાના પેકેટમાં વિભાજિત કરે છે અને કેટલીક માહિતીને છોડી દે છે. પછી તેઓ અન્ય વાર્તાલાપના પેકેટો સાથે લાઇનમાંથી પસાર થાય છે અને મિશ્રણ કર્યા વિના બીજા છેડે પુનઃસ્થાપિત થાય છે. ટેલિફોન એક્સચેન્જની ક્લોકિંગ સિસ્ટમ માહિતી મોકલવાના ચોક્કસ સમય દ્વારા નક્કી કરી શકે છે કે આપેલ વાતચીતના કયા પેકેટો છે.

જીપીએસ

ચોક્કસ સમયનો બીજો અમલ એ વૈશ્વિક સ્થિતિ સિસ્ટમ છે. તેમાં 24 ઉપગ્રહો છે જે તેમના કોઓર્ડિનેટ્સ અને સમયને પ્રસારિત કરે છે. કોઈપણ GPS રીસીવર તેમની સાથે કનેક્ટ થઈ શકે છે અને પ્રસારણ સમયની તુલના કરી શકે છે. તફાવત વપરાશકર્તાને તેમનું સ્થાન નક્કી કરવાની મંજૂરી આપે છે. જો આ ઘડિયાળો ખૂબ સચોટ ન હોત, તો જીપીએસ સિસ્ટમ અવ્યવહારુ અને અવિશ્વસનીય હશે.

પૂર્ણતાની મર્યાદા

ટેકનોલોજી અને અણુ ઘડિયાળોના વિકાસ સાથે, બ્રહ્માંડની અચોક્કસતાઓ ધ્યાનપાત્ર બની. પૃથ્વી અસમાન રીતે ફરે છે, જેના કારણે વર્ષો અને દિવસોની લંબાઈમાં રેન્ડમ ભિન્નતા આવે છે. ભૂતકાળમાં, આ ફેરફારો કોઈનું ધ્યાન ગયું હશે કારણ કે સમય માપવા માટેના સાધનો ખૂબ જ અચોક્કસ હતા. જો કે, સંશોધકો અને વૈજ્ઞાનિકોની નિરાશા માટે, અણુ ઘડિયાળોનો સમય વાસ્તવિક-વિશ્વની વિસંગતતાઓને વળતર આપવા માટે સમાયોજિત કરવો પડશે. તે અદ્ભુત સાધનો છે જે આધુનિક તકનીકને આગળ વધારવામાં મદદ કરે છે, પરંતુ તેમની શ્રેષ્ઠતા કુદરત દ્વારા નિર્ધારિત મર્યાદાઓ દ્વારા મર્યાદિત છે.

અણુ ઘડિયાળ એ સમયના ખૂબ જ ચોક્કસ માપન માટેનું ઉપકરણ છે. તેમને તેમના ઓપરેશનના સિદ્ધાંત પરથી તેમનું નામ મળ્યું, કારણ કે પરમાણુઓ અથવા અણુઓના કુદરતી સ્પંદનો સમયગાળા તરીકે ઉપયોગમાં લેવાય છે. અણુ ઘડિયાળો નેવિગેશનમાં, અવકાશ ઉદ્યોગમાં, ઉપગ્રહોનું સ્થાન નક્કી કરવા માટે, લશ્કરી ક્ષેત્રમાં, વિમાનની શોધ માટે અને ટેલિકોમ્યુનિકેશન્સમાં પણ ખૂબ વ્યાપક એપ્લિકેશન મળી છે.

દેખીતી રીતે એપ્લિકેશનના ઘણા ક્ષેત્રો છે, પરંતુ તે બધાને શા માટે આટલી ચોકસાઇની જરૂર છે, કારણ કે આજે પરંપરાગત અણુ ઘડિયાળોની ભૂલ 30 મિલિયન વર્ષોમાં માત્ર 1 સેકન્ડ છે? પરંતુ ત્યાં કંઈક વધુ ચોક્કસ છે. બધું સમજી શકાય તેવું છે, કારણ કે સમયનો ઉપયોગ અંતરની ગણતરી કરવા માટે થાય છે, અને જો આપણે કોસ્મિક ડિસ્ટન્સ લઈએ તો એક નાની ભૂલ સેંકડો મીટર અથવા તો કિલોમીટર તરફ દોરી શકે છે. ઉદાહરણ તરીકે, ચાલો અમેરિકન જીપીએસ નેવિગેશન સિસ્ટમ લઈએ જ્યારે રીસીવરમાં પરંપરાગત ઇલેક્ટ્રોનિક ઘડિયાળનો ઉપયોગ કરવામાં આવે ત્યારે, કોઓર્ડિનેટ્સ માપવામાં ભૂલ ખૂબ નોંધપાત્ર હશે, જે અન્ય તમામ ગણતરીઓને અસર કરી શકે છે, અને જ્યારે અવકાશ તકનીકોની વાત આવે છે ત્યારે આના પરિણામો આવી શકે છે. . સ્વાભાવિક રીતે, મોબાઇલ ઉપકરણો અને અન્ય ગેજેટ્સમાં જીપીએસ રીસીવરો માટે, વધુ ચોકસાઈ બિલકુલ મહત્વપૂર્ણ નથી.

મોસ્કો અને વિશ્વમાં સૌથી સચોટ સમય સત્તાવાર વેબસાઇટ પર મળી શકે છે - "ચોક્કસ વર્તમાન સમય સર્વર" www.timeserver.ru

અણુ ઘડિયાળો શેની બનેલી હોય છે?

અણુ ઘડિયાળમાં ઘણા મુખ્ય ભાગો હોય છે: એક ક્વાર્ટઝ ઓસિલેટર, એક ક્વોન્ટમ ડિસ્ક્રિમિનેટર અને ઇલેક્ટ્રોનિક્સ એકમો. મુખ્ય જે સંદર્ભ સેટ કરે છે તે ક્વાર્ટઝ ઓસિલેટર છે, જે ક્વાર્ટઝ સ્ફટિકો પર બનેલ છે અને નિયમ પ્રમાણે, 10, 5, 2.5 મેગાહર્ટઝની પ્રમાણભૂત આવર્તન ઉત્પન્ન કરે છે. કારણ કે ભૂલ વિના ક્વાર્ટઝનું સ્થિર સંચાલન તદ્દન નાનું છે, તે સતત ગોઠવવું આવશ્યક છે.

ક્વોન્ટમ ડિસ્ક્રિમિનેટર અણુ રેખાની આવર્તન રેકોર્ડ કરે છે, અને તેની તુલના ક્વાર્ટઝ ઓસિલેટરની આવર્તન સાથે આવર્તન-તબક્કાના તુલનાકારમાં કરવામાં આવે છે. ફ્રિક્વન્સી મિસમેચના કિસ્સામાં તેને સમાયોજિત કરવા માટે તુલનાકર્તા પાસે ક્વાર્ટઝ ઓસિલેટરનો પ્રતિસાદ છે.
અણુ ઘડિયાળો બધા અણુઓ પર બાંધી શકાતી નથી. સૌથી શ્રેષ્ઠ સીઝિયમ અણુ છે. તે પ્રાથમિકનો ઉલ્લેખ કરે છે જેની સામે અન્ય તમામ યોગ્ય સામગ્રીની તુલના કરવામાં આવે છે, ઉદાહરણ તરીકે: સ્ટ્રોન્ટિયમ, રૂબિડિયમ, કેલ્શિયમ. પ્રાથમિક ધોરણ ચોક્કસ સમય માપવા માટે એકદમ યોગ્ય છે, તેથી જ તેને પ્રાથમિક કહેવામાં આવે છે.

વિશ્વની સૌથી સચોટ અણુ ઘડિયાળ

આજની તારીખે સૌથી સચોટ અણુ ઘડિયાળયુકેમાં સ્થિત છે (સત્તાવાર રીતે અપનાવેલ). તેમની ભૂલ 138 મિલિયન વર્ષોમાં માત્ર 1 સેકન્ડ છે. તેઓ યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સ સહિત ઘણા દેશોના રાષ્ટ્રીય સમયના ધોરણો માટે પ્રમાણભૂત છે અને આંતરરાષ્ટ્રીય અણુ સમય પણ નક્કી કરે છે. પરંતુ રાજ્યમાં પૃથ્વી પરની સૌથી સચોટ ઘડિયાળો નથી.

સૌથી સચોટ અણુ ઘડિયાળનો ફોટો

યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સે જાહેરાત કરી કે તેણે સીઝિયમ પરમાણુ પર આધારિત એક પ્રાયોગિક પ્રકારની ચોક્કસ ઘડિયાળ વિકસાવી છે તેની ભૂલ લગભગ 1.5 અબજ વર્ષોમાં 1 સેકન્ડ હતી. આ ક્ષેત્રમાં વિજ્ઞાન સ્થિર નથી અને ઝડપી ગતિએ વિકાસ કરી રહ્યું છે.