Гэрт байгаа цаг чинь харагдаж байгааг та анзаарсан уу? өөр өөр цаг хугацаа? Мөн бүх сонголтуудын аль нь зөв болохыг та яаж мэдэх вэ? Бид атомын цагны ажиллах зарчмыг сайтар судалснаар эдгээр бүх асуултын хариултыг олж мэдэх болно.

Атомын цаг: тайлбар ба үйл ажиллагааны зарчим

Эхлээд атомын цагийн механизм гэж юу болохыг ойлгоцгооё. Атомын цаг нь цагийг хэмждэг төхөөрөмж боловч үйл явцын давтамж болгон өөрийн хэлбэлзлийг ашигладаг, мөн бүх зүйл атом болон атом дээр тохиолддог. молекулын түвшин. Тиймээс ийм нарийвчлал.

Атомын цагийг хамгийн зөв гэж хэлж болно! Тэдний ачаар бид дэлхий дээрх гаригуудын байршлыг яг таг мэддэг болсон нарны систем. Энэ төхөөрөмжийн алдаа маш бага тул бид тэдгээрийг дэлхийн түвшинд хүрсэн гэж итгэлтэйгээр хэлж чадна! Атомын цагийн ачаар дэлхийн бүх синхрончлол нь тодорхой өөрчлөлтүүд хаана байгааг мэддэг.

Энэ гайхамшигт цагийг хэн зохион бүтээсэн, хэн бүтээсэн, мөн хэн бүтээсэн бэ?

20-р зууны дөчөөд оны эхээр атомын цацрагийн тухай мэддэг байсан соронзон резонанс. Эхэндээ түүний хэрэглээ цагтай ямар ч холбоогүй байсан - энэ нь зөвхөн онол байсан. Гэхдээ аль хэдийн 1945 онд Исидор Раби төхөөрөмж бүтээхийг санал болгосон бөгөөд түүний үзэл баримтлал нь дээр дурдсан техник дээр үндэслэн ажиллах болно. Гэвч тэдгээр нь үнэн зөв үр дүнг харуулахгүй байхаар зохион бүтээгдсэн. 1949 онд Үндэсний стандартын товчоо аммиакийн молекулын нэгдлүүд дээр суурилсан анхны атомын цагийг бүтээсэн тухай дэлхий нийтэд мэдэгдэж байсан бөгөөд аль хэдийн 1952 онд цезийн атом дээр суурилсан прототипийг бүтээх технологийг эзэмшсэн.

Аммиак ба цезийн атомуудын талаар сонссоны дараа асуулт гарч ирнэ: энэ гайхамшигтай цаг цацраг идэвхт үү? Хариулт нь тодорхой байна - үгүй! Тэдгээрийн дотор атомын задрал байхгүй.

Өнөө үед атомын цагийг хийдэг маш олон материал байдаг. Жишээлбэл, энэ нь цахиур, кварц, хөнгөн цагаан, тэр ч байтугай мөнгө юм.

Төхөөрөмж хэрхэн ажилладаг вэ?

Атомын энергийн цаг ямар харагддаг, хэрхэн ажилладагийг олж мэдье. Үүнийг хийхийн тулд бид тэдний ажлын тайлбарыг санал болгож байна:

Энэ цагийг зөв ажиллуулахын тулд дүүжин эсвэл кварцын осциллятор шаардлагагүй. Тэд атомын энергийн хоёр түвшний хооронд нэг электроны квант шилжилтээс үүсэх дохиог ашигладаг. Үүний үр дүнд бид цахилгаан соронзон долгионыг ажиглах боломжтой болсон. Өөрөөр хэлбэл, бид байнга хэлбэлзэж, системийн тогтвортой байдлын хэт өндөр түвшинд хүрдэг. Жил бүр шинэ нээлтүүдийн улмаас үйл явц шинэчлэгддэг. Тун удалгүй Үндэсний Стандарт, Технологийн Хүрээлэнгийн (NIST) мэргэжилтнүүд дээд амжилт тогтоож, дэлхийн үнэмлэхүй дээд амжилтыг тогтоосон. Тэд атомын цагийн нарийвчлалыг (стронци дээр үндэслэсэн) хамгийн бага хазайлтад хүргэж чадсан, тухайлбал: 15 тэрбум жилийн дараа нэг секундын дараа. Тийм ээ, тийм ээ, та тэгж бодсонгүй, энэ бол яг одоо манай Орчлон ертөнцөд оногдсон нас юм. Энэ бол асар том нээлт юм! Эцсийн эцэст энэ нь стронций тоглосон юм амин чухал үүрэгэнэ бичлэгт. "Хачиг" -ын аналог нь түүний доторх хөдөлгөөнт стронцийн атомууд байв орон зайн тор, үүнийг эрдэмтэд лазер ашиглан бүтээсэн. Шинжлэх ухаанд үргэлж байдаг шиг онолын хувьд бүх зүйл сэтгэл татам, аль хэдийн сайжирсан мэт санагддаг, гэхдээ ийм тогтолцооны тогтворгүй байдал нь практикт тийм ч таатай биш байж магадгүй юм. Цезийн төхөөрөмж нь тогтворгүй байдлаасаа болж дэлхий даяар алдартай болсон.

Одоо ийм төхөөрөмж юунаас бүрдэхийг харцгаая. Энд байгаа гол дэлгэрэнгүй мэдээлэл нь:

• квант ялгагч;
• кварцын генератор;
• электроник.

Кварцын генератор нь өөрөө осциллятортой төстэй боловч үйлдвэрлэхэд зориулагдсан резонансын элемент, энэ нь кварцын болорын пьезоэлектрик горимуудыг ашигладаг.

Квант дискриминатор ба кварцын осциллятортой байх тул тэдгээрийн давтамжийн нөлөөн дор тэдгээрийг харьцуулж, зөрүү илэрсэн тохиолдолд санал хүсэлтийн хэлхээ нь кварцын осцилляторыг шаардлагатай утгад тохируулах, тогтвортой байдал, нарийвчлалыг нэмэгдүүлэхийг шаарддаг. Үүний үр дүнд гаралт дээр бид залгах дээр харагдаж байна яг үнэ цэнэ, гэсэн үг яг цаг.

Эртний загварууд нэлээд байсан том хэмжээтэйГэсэн хэдий ч 2013 оны 10-р сард Bathys Hawaii компани бяцхан атомын бугуйн цаг гарган шуугиан дэгдээсэн бөгөөд энэ мэдэгдлийг хүн бүр хошигнол гэж хүлээж авсан боловч удалгүй энэ нь үнэхээр үнэн байсан нь тодорхой болсон бөгөөд тэд ийм зарчмаар ажилладаг. Цезийн 133 атомын эх үүсвэр нь төхөөрөмжийн аюулгүй байдлыг хангаж өгдөг цацраг идэвхт элементтусгай капсулд хий хэлбэрээр агуулагддаг. Энэ төхөөрөмжийн зураг дэлхий даяар тархсан.

Атомын цагны сэдвээр олон хүмүүс эрчим хүчний эх үүсвэрийн асуудлыг сонирхож байна. Лити-ион батерейг батерей болгон ашигладаг. Гэвч харамсалтай нь ийм батерей хэр удаан үргэлжлэх нь одоогоор тодорхойгүй байна.

BathysHawaii цаг нь үнэхээр анхны атомын цаг байсан. бугуйн цаг. Өмнө нь харьцангуй зөөврийн төхөөрөмжийг гаргах тохиолдол аль хэдийн мэдэгдэж байсан боловч харамсалтай нь энэ нь атомын эрчим хүчний эх үүсвэргүй, зөвхөн утасгүй радиогоор дамжуулан бодит хэмжээст цагтай синхрончлогдсон байв. Ийм гаджетын үнийг дурдах нь зүйтэй. Таашаалыг 12 мянган ам.доллараар үнэлжээ. Ийм үнээр цаг нь өргөн алдар нэрийг олж авахгүй нь тодорхой байсан ч компани үүнийг маш хязгаарлагдмал багцаар гаргасан тул үүнийг оролдсонгүй.

Бид хэд хэдэн төрлийн атомын цагийг мэддэг. Тэдний загвар, зарчмын хувьд мэдэгдэхүйц ялгаа байхгүй ч зарим нэг ялгаа байсаар байна. Тиймээс гол зүйл бол өөрчлөлт, тэдгээрийн элементүүдийг олох хэрэгсэл юм. Та сонгож болно дараах төрлүүдцаг:

1. Устөрөгч. Тэдний мөн чанар нь устөрөгчийн атомыг шаардлагатай эрчим хүчний түвшинд дэмждэг боловч хана нь тусгай материалаар хийгдсэн байдаг. Үүний үндсэн дээр бид устөрөгчийн атомууд эрчим хүчний төлөвөө маш хурдан алддаг гэж дүгнэж байна.
2. Цезий. Тэдгээр нь цезийн цацраг дээр суурилдаг. Эдгээр цагнууд нь хамгийн нарийвчлалтай гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй.
3. Рубидиум. Эдгээр нь хамгийн энгийн бөгөөд маш нягт юм.

Өмнө дурьдсанчлан атомын цаг бол маш үнэтэй хэрэгсэл юм. Тиймээс Hoptroff халаасны №10 цаг нь шинэ үеийн тоглоомын тод төлөөлөгч юм. Ийм загварлаг, маш нарийн дагалдах хэрэгслийн үнэ 78 мянган доллар байна. Зөвхөн 12 хувь үйлдвэрлэгдсэн. Энэ төхөөрөмжийн механизм нь өндөр давтамжийн хэлбэлзлийн системийг ашигладаг бөгөөд энэ нь мөн GPS дохиогоор тоноглогдсон байдаг.

Тус компани үүгээр зогссонгүй бөгөөд цагны арав дахь хувилбарт механизмыг алдартай 3D принтер дээр хэвлэх алтан хайрцагт байрлуулах аргыг ашиглахыг хүсч байна. Хэргийн энэ хувилбарт яг хэдий хэмжээний алт зарцуулахыг хараахан тооцоолоогүй байгаа ч энэхүү шилдэг бүтээлийн тооцоолсон жижиглэнгийн үнэ аль хэдийн тодорхой болсон - ойролцоогоор 50 мянган фунт стерлинг байжээ. Энэ нь эцсийн үнэ биш боловч судалгааны бүх хэмжээ, мөн гаджетын шинэлэг байдал, өвөрмөц байдлыг харгалзан үздэг.

Цагны хэрэглээний талаархи түүхэн баримтууд

Бид атомын цагны талаар хамгийн их дурдахгүйгээр яаж ярих вэ сонирхолтой баримтуудТэдэнтэй болон ерөнхийдөө цаг хугацаатай холбоотой:

1. Та үүнийг мэдэх үү эртний Египетолдсон хамгийн эртний нарны цаг?
2. Атомын цагийн алдаа хамгийн бага буюу 6 сая жилд ердөө 1 секунд байдаг.
3. Нэг минутанд 60 секунд байдгийг хүн бүр мэддэг. Гэхдээ цөөхөн хүн нэг секундэд хэдэн миллисекунд байдгийг судалсан уу? Тэдний олон биш, цөөхөн нь ч биш - мянга!
4. Лондонд зочлох боломжтой жуулчин бүр Биг Бенийг өөрийн нүдээр харахыг үргэлж хүсдэг байв. Гэвч харамсалтай нь Биг Бен бол цамхаг биш, 13 тонн жинтэй асар том хонхны нэр, цамхаг дотор дуугардаг гэдгийг олон хүн мэддэггүй.
5. Манай цагийн зүүний зүүнээс баруун тийш, эсвэл бидний хэлж заншсанаар "цагийн зүүний дагуу" яагаад хөдөлдөгийг та бодож байсан уу? Энэ баримт нь нарны цаган дээр сүүдэр хөдөлж байгаатай шууд холбоотой юм.
6. Хамгийн анхны бугуйн цагийг 1812 онд зохион бүтээжээ. Тэдгээрийг Breguet-ийг үндэслэгч Неаполитаны хатан хаанд зориулан бүтээжээ.
7. Дэлхийн нэгдүгээр дайны өмнө бугуйн цагийг зөвхөн эмэгтэйчүүдийн дагалдах хэрэгсэл гэж үздэг байсан бол удалгүй тэдний ая тухтай байдлаас шалтгаалан хүн амын эрэгтэй хэсэг нь ч бас сонгох болжээ.

Эдгээр нь ажиллах зарчим нь атомын физикт суурилсан цагийг хэмжих төхөөрөмж юм. Загварт ашигласан химийн элементүүдийн шинж чанараас шалтгаалан эдгээр цагны алдаа хамгийн бага байдаг. Жишээлбэл, торий-229 дээр суурилсан төхөөрөмжүүд 14 тэрбум жилийн дараа секундын аравны нэгээр хоцрох болно.

Атомын цаг хэрхэн ажилладаг вэ?

Хэрэв кварц цагны хувьд хоёр дахь давтамжийг тодорхойлох жишиг давтамж нь кварцын болорын чичиргээний тоо юм бол атомын цагны хувьд тодорхой химийн элементийн атом дахь электрон шилжилтийн давтамжийг нэгээс авдаг. эрчим хүчний түвшиннөгөө рүү.

1 - Цахим бүрэлдэхүүн хэсэг (чип)

2 - Цөмийн эх үүсвэр

3 - Фото илрүүлэгч

4 - Дээд халаагуур

5 - Резонансын эс

6 - долгионы хавтан

7 - Доод халаагуур

8 - Босоо ялгаруулах лазер

Энд гол зүйл байна: атомууд электронтой байдаг. Тэдэнд энерги бий. Эрчим хүчийг шингээх эсвэл гаргах үед электронууд нэг эрчим хүчний түвшингээс нөгөөд үсэрч, давтамж нь үргэлж ижил байдаг цахилгаан соронзон долгионыг шингээж эсвэл ялгаруулдаг. Энэ үзэгдлийг хянах боломжтой: атом өртөх үед богино долгионы цацраг, энэ нь тодорхой тооны чичиргээгээр хариу үйлдэл үзүүлдэг.

Энэ шинж чанарыг цаг хугацааны хэмжилтийн нарийвчлалыг сайжруулахад ашигладаг. Ийнхүү секунд нь 9192631770 цацрагийн мөчлөгийн үргэлжлэх хугацаа гэдгийг хүлээн зөвшөөрсөн. Энэ давтамжЦезий-133 атомын энергийн хоёр түвшний шилжилттэй тохирч байна. Кварцын осцилляторын хэлбэлзлийн давтамжийг элементийн атомуудын шилжилтийн давтамжтай харьцуулж үзвэл хамгийн бага хазайлтыг тэмдэглэнэ. Хэрэв хазайлт байгаа бол кварцын чичиргээг тохируулна.

Цезий нь атомын цагуудад ашиглагддаг цорын ганц материал биш юм. Химийн элементүүд дээр суурилсан төхөөрөмжүүд илүү нарийвчлалтай гарч ирж байна: иттербий, торий-229, стронций.

Атомын цаг яагаад үнэн зөв байдаг вэ?

Хэлбэлзлийн давтамж химийн элементнь адилхан бөгөөд энэ нь алдаа гарах магадлалыг багасгадаг. Нэмж дурдахад кварцын талстаас ялгаатай нь атомууд элэгдэж, алддаггүй химийн шинж чанарцаг хугацааны явцад.

Атомын цагны бусад нэрс: квант, молекул.

Нэгдүгээрт, хүн төрөлхтөн цагийг програмын цагийг хянах хэрэгсэл болгон ашигладаг.

Хоёрдугаарт, өнөө үед цаг хугацааны хэмжилт хамгийн их болсон яг хараххийсэн бүх хэмжилтээс: цаг хугацааны хэмжилтийн нарийвчлалыг одоо 1·10-11% буюу 300 мянган жилд 1 секундын дарааллын гайхалтай алдаагаар тодорхойлж байна.

Мөн бид ийм нарийвчлалд хүрсэн орчин үеийн хүмүүстэд ашиглаж эхлэх үед атомууд, тэдгээрийн хэлбэлзлийн үр дүнд атомын цагийн зохицуулагч болдог. Цезийн атомууд бидэнд хэрэгтэй хоёрт байдаг. эрчим хүчний төлөвүүд(+) ба (-). 9,192,631,770 герц давтамжтай цахилгаан соронзон цацраг нь атомууд (+) төлөвөөс (-) төлөв рүү шилжих үед үүсдэг бөгөөд энэ нь атомын цагийн кодын зохицуулагч болох нарийн, тогтмол үечилсэн процессыг үүсгэдэг.

Атомын цагийг зөв ажиллуулахын тулд цезийг зууханд ууршуулж, атомыг нь ялгаруулдаг. Зуухны ард (+) төлөвт атомын багтаамжтай ангилах соронз байдаг бөгөөд дотор нь богино долгионы талбарт цацрагийн нөлөөгөөр атомууд (-) төлөвт ордог. Хоёр дахь соронз нь төлөвийг (+) (-) болгон өөрчилсөн атомуудыг хүлээн авагч төхөөрөмж рүү чиглүүлдэг. Богино долгионы ялгаруулагчийн давтамж нь 9,192,631,770 герц цезийн чичиргээний давтамжтай яг таарч байгаа тохиолдолд л төлөвөө өөрчилсөн олон атомыг олж авдаг. Үгүй бол хүлээн авагч төхөөрөмж дэх атомын тоо (-) багасна.

Эдгээр төхөөрөмжүүд нь 9,192,631,770 герц тогтмол давтамжийг байнга хянаж, зохицуулдаг. Энэ нь цагны загвар зохион бүтээгчдийн мөрөөдөл биелж, атомын цагийн урсгалыг зохицуулдаг 9,192,631,770 герц давтамжтай туйлын тогтмол үечилсэн процесс олдсон гэсэн үг юм.

Өнөөдөр олон улсын гэрээний үр дүнд хоёр хэт нарийн хоорондын шилжилттэй тэнцэх цацрагийн хугацааг 9,192,631,770-аар үржүүлсэн секунд гэж тодорхойлсон. бүтцийн түвшинЦезийн атомын үндсэн төлөв (цезий-133 изотоп).

Цаг хугацааг нарийн хэмжихийн тулд та кальци, рубидий, цезий, стронций, устөрөгчийн молекул, иод, метан гэх мэт бусад атом, молекулуудын чичиргээг ашиглаж болно. Гэсэн хэдий ч цезийн атомын цацрагийг давтамж гэж хүлээн зөвшөөрдөг. стандарт. Чичиргээг харьцуулахын тулд өөр өөр атомуудСтандарт (цезийн) тусламжтайгаар 400-аас 1000 нм хүртэлх өргөн хүрээний давтамжийг үүсгэсэн титан-сафир лазер бүтээгдсэн.

Кварц ба атомын цагийг анхны бүтээгч нь Английн туршилтын физикч байв Эссен Льюис (1908-1997). 1955 онд тэрээр цезийн атомын цацраг ашиглан анхны атомын давтамж (цаг) стандартыг бүтээжээ. Энэхүү ажлын үр дүнд 3 жилийн дараа (1958) атомын давтамжийн стандартад суурилсан цагийн үйлчилгээ бий болсон.

ЗХУ-д академич Николай Геннадьевич Басов атомын цагийг бүтээх санаагаа дэвшүүлсэн.

Тэгэхээр, атомын цаг,нэг яг төрлүүдЦаг бол атом эсвэл молекулуудын байгалийн чичиргээг дүүжин болгон ашигладаг цагийг хэмжих төхөөрөмж юм. Атомын цагны тогтвортой байдал нь хамгийн шилдэг нь юм одоо байгаа төрлүүдцаг, энэ нь хамгийн өндөр нарийвчлалын түлхүүр юм. Атомын цаг үүсгэгч нь ердийн цагуудаас ялгаатай нь секундэд 32,768-аас илүү импульс үүсгэдэг. Атомын чичиргээ нь агаарын температур, чичиргээ, чийгшил болон бусад олон гадаад хүчин зүйлээс хамаардаггүй.

IN орчин үеийн ертөнцХэрэв та навигацигүйгээр зүгээр л хийж чадахгүй бол атомын цаг нь зайлшгүй туслах хэрэгсэл болсон. Тэд байршлыг тодорхойлох боломжтой сансрын хөлөг, хиймэл дагуул, баллистик пуужин, онгоц, шумбагч онгоц, машиныг хиймэл дагуулын холбоогоор автоматаар .

Тиймээс сүүлийн 50 жилийн хугацаанд атомын цаг, эс тэгвээс цезийн цагийг хамгийн нарийвчлалтай гэж үздэг. Тэдгээрийг цаг хугацааны үйлчилгээ удаан хугацаанд ашиглаж ирсэн бөгөөд цагийн дохиог зарим радио станцууд бас дамжуулдаг.

Атомын цагны төхөөрөмж нь 3 хэсгээс бүрдэнэ.

квант ялгагч,

кварцын осциллятор,

электроникийн цогцолбор.

Кварцын осциллятор нь давтамж (5 эсвэл 10 МГц) үүсгэдэг. Осциллятор нь резонансын элемент болгон кварцын болорын пьезоэлектрик горимуудыг ашигладаг RC радио генератор бөгөөд төлөвийг (+) (-) хүртэл өөрчилсөн атомуудыг тогтвортой байдлыг нэмэгдүүлэхийн тулд түүний давтамжийг хэлбэлзэлтэй байнга харьцуулдаг квант ялгагч (атом эсвэл молекул). Хэлбэлзлийн зөрүү гарч ирэхэд электрон төхөөрөмж кварцын осцилляторын давтамжийг тохируулна. тэг түвшин, ингэснээр цагны тогтвортой байдал, нарийвчлалыг хүссэн түвшинд хүртэл нэмэгдүүлнэ.

Орчин үеийн ертөнцөд атомын цагийг дэлхийн аль ч оронд үйлдвэрлэх боломжтой өдөр тутмын амьдрал. Тэд маш жижиг хэмжээтэй, үзэсгэлэнтэй. Хамгийн сүүлийн үеийн шинэ атомын цагны хэмжээ нь үүнээс ихгүй байна шүдэнзний хайрцагба тэдгээрийн эрчим хүчний хэрэглээ бага - 1 ваттаас бага. Энэ бол хязгаар биш, магадгүй ирээдүйд техникийн дэвшилхүрэх болно гар утаснууд. Энэ хооронд навигацийн нарийвчлалыг хэд дахин нэмэгдүүлэхийн тулд авсаархан атомын цагийг зөвхөн стратегийн пуужинд суурилуулсан.

Өнөөдөр бүх амт, төсөвт тохирсон эрэгтэй, эмэгтэй атомын цагийг онлайн дэлгүүрээс худалдаж авч болно.

2011 онд дэлхийн хамгийн жижиг атомын цагийг Symmetricom болон Sandia National Laboratories-ийн мэргэжилтнүүд бүтээжээ. Энэхүү цаг нь худалдаанд гарсан өмнөх хувилбаруудаас 100 дахин илүү авсаархан юм. Атомын хронометрийн хэмжээ нь шүдэнзний хайрцагнаас том биш юм. Ашиглахад ердөө 100 мВт эрчим хүч шаардлагатай - энэ нь өмнөх үеийнхээс 100 дахин бага юм.

Пүрш, арааны оронд давтамжийг тодорхойлох зарчим дээр ажилладаг механизм суурилуулснаар цагны хэмжээг багасгах боломжтой байв. цахилгаан соронзон долгион, үл тоомсорлох чадалтай лазер туяаны нөлөөн дор цезийн атомуудаас ялгардаг.

Ийм цагийг навигаци, түүнчлэн уурхайчид, шумбагчдын ажилд ашигладаг бөгөөд энэ нь гадаргуу дээрх хамт ажиллагсадтайгаа цагийг үнэн зөв синхрончлох, мөн цаг хугацааны нарийн үйлчилгээ шаарддаг тул атомын цагийн алдаа 0.000001 фракцаас бага байдаг. өдөрт нэг секунд. Хамгийн дээд амжилт тогтоосон жижиг атомын Symmetricom цагны үнэ 1500 орчим доллар байв.

300 сая жил тутамд нэг секундын алдаа гаргадаг өндөр нарийвчлалтай атомын цаг. Зуун сая жил тутамд нэг секундын алдаа гаргадаг хуучин загварыг сольсон энэ цаг одоо Америкийн иргэний цагийн стандартыг тогтоож байна. Lenta.ru атомын цаг бий болсон түүхийг эргэн санахаар шийджээ.

Анхны атом

Цаг бий болгохын тулд ямар ч үечилсэн процессыг ашиглахад хангалттай. Цаг хэмжих хэрэгсэл гарч ирсэн түүх нь зарим талаараа шинэ эрчим хүчний эх үүсвэр эсвэл шинэ эх үүсвэр үүссэн түүх юм. хэлбэлзлийн системүүд, цаганд ашигладаг. Хамгийн их энгийн цагмагадгүй нарны шинж чанартай байдаг: тэдгээрийн ажиллахад зөвхөн нар болон сүүдэрлэдэг объект хэрэгтэй. Цагийг тодорхойлох энэ аргын сул тал нь ойлгомжтой. Ус ба элсэн цагбас сайн биш: тэд зөвхөн харьцангуй богино хугацааг хэмжихэд тохиромжтой.

Хамгийн эртний механик цаг 1901 онд Эгийн тэнгист живсэн хөлөг онгоцноос Антикитера арлын ойролцоо олдсон. Эдгээр нь 33-аас 18-аас 10 см хэмжээтэй модон хайрцагт 30 орчим хүрэл араа агуулсан бөгөөд МЭӨ 100-аад оны үеийнх юм.

Бараг хоёр мянган жилийн турш механик цагнууд хамгийн үнэн зөв, найдвартай байсан. 1657 онд Кристиан Гюйгенсийн "Дүүжинтэй цаг" ("Horologium oscillatorium, sive de motu pendulorum an horologia aptato demonstrationes geometrica") хэмээх сонгодог бүтээл нь дүүжинтэй цаг хэмжигч төхөөрөмжийг хэлбэлзлийн систем гэж дүрсэлсэн нь магадгүй эрин үе байсан байх. энэ төрлийн механик багаж хэрэгслийн хөгжлийн түүх.

Гэсэн хэдий ч одон орон судлаачид, далайчид оддын тэнгэр, газрын зургийг ашиглан байршил, цагийг яг таг тогтоосоор байв. Анхны цахилгаан цагийг 1814 онд Фрэнсис Роналдс зохион бүтээжээ. Гэсэн хэдий ч анхны ийм төхөөрөмж нь температурын өөрчлөлтөд мэдрэмтгий байсан тул алдаатай байсан.

Цагны цаашдын түүх нь төхөөрөмжид янз бүрийн хэлбэлзлийн системийг ашиглахтай холбоотой юм. 1927 онд Bell Labs-ийн ажилтнууд нэвтрүүлсэн кварц цагашигласан пьезоэлектрик шинж чанаруудкварцын болор: түүнд өртөх үед цахилгаан гүйдэлболор багасаж эхэлдэг. Орчин үеийн кварцын хронометрүүд сард 0.3 секундын нарийвчлалтай байх боломжтой. Гэсэн хэдий ч кварц нь хөгшрөлтөд өртөмтгий байдаг тул цаг хугацаа өнгөрөх тусам цагны нарийвчлал багасдаг.

Хөгжилтэй хамт атомын физикЭрдэмтэд бодисын бөөмсийг хэлбэлзлийн систем болгон ашиглахыг санал болгов. Анхны атомын цаг ингэж гарч ирсэн. Хэрэглэх санаа атомын чичиргээЦаг хугацааг хэмжих устөрөгчийг 1879 онд Английн физикч Лорд Келвин санал болгосон боловч зөвхөн 20-р зууны дунд үеэс л боломжтой болсон.

Хуберт фон Херкомерын зургийн хуулбар (1907)

1930-аад онд Америкийн физикчмөн цөмийн соронзон резонансын нээсэн Исидор Раби ажиллаж эхэлсэн атомын цагцезий-133-тай байсан боловч дайн дэгдсэн нь түүнд саад болсон. 1949 оны дайны дараа АНУ-ын Үндэсний стандартын хороо Харолд Лионсоны оролцоотойгоор анхны молекулын цагаммиакийн молекулуудыг ашиглах. Гэхдээ анхны ийм цаг хэмжих хэрэгсэл нь орчин үеийн атомын цаг шиг нарийвчлалтай байсангүй.

Харьцангуй бага нарийвчлал нь аммиакийн молекулууд бие биетэйгээ болон энэ бодис байрлах савны ханатай харилцан үйлчлэлцсэний улмаас молекулуудын энерги өөрчлөгдөж, тэдгээрийн спектрийн шугамуудөргөссөн. Энэ нөлөө нь механик цагны үрэлттэй маш төстэй юм.

Дараа нь 1955 онд Үндэсний Луис Эссен физик лабораториИх Британи цезий-133 ашиглан анхны атомын цагийг бүтээжээ. Энэ цаг нь сая жилийн хугацаанд нэг секундын алдааг хуримтлуулсан. Төхөөрөмжийг NBS-1 гэж нэрлэсэн бөгөөд цезийн давтамжийн стандарт гэж үзэж эхэлсэн.

Схемийн диаграмАтомын цаг нь санал хүсэлтийн хэлхээг ашиглан ялгагчаар удирддаг кварцын осциллятороос бүрдэнэ. Осциллятор нь кварцын пьезоэлектрик шинж чанарыг ашигладаг бол ялгагч нь атомуудын энергийн чичиргээг ашигладаг бөгөөд ингэснээр кварцын чичиргээ нь атом эсвэл молекул дахь янз бүрийн энергийн түвшний шилжилтийн дохиогоор хянагддаг. Генератор ба ялгагч хоёрын хооронд атомын чичиргээний давтамжийг тохируулж, болорын чичиргээний давтамжтай харьцуулсан компенсатор байдаг.

Цагт ашигласан атомууд нь тогтвортой чичиргээг хангах ёстой. Давтамж бүрийн хувьд цахилгаан соронзон цацрагөөрийн атомууд байдаг: кальци, стронций, рубидий, цезий, устөрөгч. Эсвэл аммиак, иодын молекулууд ч гэсэн.

Цагийн стандарт

Атомын цагийг хэмжих хэрэгсэл гарч ирснээр тэдгээрийг хоёр дахь хугацааг тодорхойлох бүх нийтийн стандарт болгон ашиглах боломжтой болсон. 1884 оноос хойш дэлхийн стандарт гэж тооцогддог Гринвичийн цаг атомын цагны стандарт руу орлоо. 1967 онд Жин, хэмжүүрийн 12-р Ерөнхий бага хурлын шийдвэрээр нэг секундийг цезий-133 атомын үндсэн төлөвийн хоёр хэт нарийн түвшний хоорондох шилжилттэй харгалзах 9192631770 цацрагийн хугацааны үргэлжлэх хугацаа гэж тодорхойлсон. Хоёрдахь зүйлийн энэ тодорхойлолт нь одон орны үзүүлэлтээс хамаардаггүй бөгөөд манай гаригийн хаана ч хуулбарлаж болно. Цезий-133 нь атомын цагны стандартад хэрэглэгддэг цорын ганц бодис юм тогтвортой изотопДэлхий дээр 100% элбэг дэлбэг цезий.

Атомын цагийг хиймэл дагуулын навигацийн системд мөн ашигладаг; Тэд яг цаг хугацаа, хиймэл дагуулын координатыг тодорхойлоход шаардлагатай. Тиймээс GPS-ийн хиймэл дагуул бүр ийм дөрвөн багц цагтай: хоёр рубидиум, хоёр цезий нь дохио дамжуулах 50 наносекундын нарийвчлалыг баталгаажуулдаг. ГЛОНАСС системийн Оросын хиймэл дагуулууд нь цезий, рубидий атомын цаг хэмжих хэрэгслээр тоноглогдсон бөгөөд Европын Галилео гео-байрлал тогтоох системийн хиймэл дагуулууд нь устөрөгч, рубидиумаар тоноглогдсон байдаг.

Устөрөгчийн цагны нарийвчлал хамгийн өндөр байна. Энэ нь 12 цагийн дотор 0.45 наносекунд юм. Галилео ийм нарийвчлалтай цагийг ашигласнаар энэ навигацийн системийг 2015 онд 18 хиймэл дагуул тойрог замд байх үед тэргүүлэгч болгох бололтой.

Компакт атомын цаг

Hewlett-Packard компакт атомын цагийг бүтээсэн анхны компани болжээ. 1964 онд тэрээр том чемодан шиг хэмжээтэй HP 5060A цезийн төхөөрөмжийг бүтээжээ. Тус компани энэ чиглэлийг үргэлжлүүлэн хөгжүүлсээр байсан ч 2005 онд атомын цаг боловсруулах салбараа Symmetricom-д худалдсан.

2011 онд Драпер лаборатори болон Сандиа үндэсний лабораторийн мэргэжилтнүүд Симметриком анхны бяцхан атомын цаг болох Quantum-ийг гаргажээ. Тэднийг суллах үед 15 мянган долларын үнэтэй байсан бөгөөд 40х35х11 миллиметр хэмжээтэй, 35 грамм жинтэй битүүмжилсэн хайрцагт хийжээ. Цагны эрчим хүчний хэрэглээ 120 милливаттаас бага байв. Эдгээр нь анх Пентагоны захиалгаар бүтээгдсэн бөгөөд GPS системээс хамааралгүй ажилладаг навигацийн системд, тухайлбал, усны гүн эсвэл газрын гүнд үйлчлэх зориулалттай байв.

Аль хэдийн 2013 оны сүүлээр Америкийн компани Bathys Hawaii анхны атомын бугуйн цагийг танилцуулав. Тэд Symmetricom компанийн үйлдвэрлэсэн SA.45s чипийг үндсэн бүрэлдэхүүн хэсэг болгон ашигладаг. Чип дотор цезий-133 агуулсан капсул байдаг. Цагны загварт мөн фотоселлер болон бага чадалтай лазер орно. Сүүлийнх нь цезийн хийн халалтыг баталгаажуулдаг бөгөөд үүний үр дүнд түүний атомууд нэг эрчим хүчний түвшингээс нөгөөд шилжиж эхэлдэг. Ийм шилжилтийг бүртгэх замаар цаг хугацааны хэмжилтийг нарийн гүйцэтгэдэг. Шинэ төхөөрөмжийн үнэ ойролцоогоор 12 мянган доллар.

Бяцруулах, бие даасан байдал, нарийвчлалын чиг хандлага нь ойрын ирээдүйд атомын цагийг ашигладаг шинэ төхөөрөмжүүд бүх газарт гарч ирэхэд хүргэнэ. хүний ​​амьдрал, -аас эхлэн сансрын судалгаадээр тойрог замын хиймэл дагуулуудӨрөө болон бугуйн систем дэх өрхийн хэрэглээнд станцууд.

Атомын цаг бол цаг хугацааг маш нарийн хэмжих төхөөрөмж юм. Молекул эсвэл атомын байгалийн чичиргээг үе болгон ашигладаг тул тэдгээр нь үйл ажиллагааны зарчмаасаа нэрээ авсан. Атомын цагийг навигацид өргөн ашигладаг. сансрын салбар, хиймэл дагуулын байршлыг тодорхойлох, онд цэргийн хүрээ,нисэх онгоцыг илрүүлэх, мөн харилцаа холбооны салбарт.

Таны харж байгаагаар хэрэглээний талбарууд маш их байдаг, гэхдээ өнөөдөр ердийн атомын цагийн алдаа 30 сая жилд ердөө 1 секунд байдаг тул яагаад бүгд ийм нарийвчлал шаарддаг вэ? Гэхдээ үүнээс ч илүү нарийн зүйл бий. Бүх зүйл ойлгомжтой, учир нь зайг тооцоолоход цаг хугацаа зарцуулагддаг бөгөөд хэрэв та үүнийг авбал жижиг алдаа нь хэдэн зуун метр, тэр ч байтугай километрт хүргэж болзошгүй юм. сансрын зай. Жишээлбэл, авч үзье Америкийн систем GPS навигаци, уламжлалт ашиглах үед электрон цаг, координатын хэмжилтийн алдаа нь нэлээд их байх бөгөөд энэ нь бусад бүх тооцоололд нөлөөлж болзошгүй бөгөөд энэ нь үр дагаварт хүргэж болзошгүй юм. бид ярьж байнасансрын технологийн талаар. Мэдээжийн хэрэг GPS хүлээн авагчдад зориулагдсан хөдөлгөөнт төхөөрөмжүүдболон бусад хэрэгслүүдийн хувьд илүү нарийвчлалтай байх нь тийм ч чухал биш юм.

Москва болон дэлхийн хамгийн үнэн зөв цагийг албан ёсны вэбсайтаас олж болно - "яг одоогийн цагийн сервер" www.timeserver.ru

Атомын цаг юунаас бүтдэг вэ?

Атомын цаг нь хэд хэдэн үндсэн хэсгээс бүрдэнэ: кварцын осциллятор, квант ялгагч, электрон нэгж. Лавлагаа тогтоох гол зүйл бол кварцын талст дээр бүтээгдсэн кварцын осциллятор бөгөөд дүрмээр бол 10, 5, 2.5 МГц стандарт давтамжийг үүсгэдэг. Учир нь тогтвортой ажилалдаагүй кварц нь маш бага бөгөөд үүнийг байнга тохируулах ёстой.

Квант дискриминатор нь атомын шугамын давтамжийг бүртгэх бөгөөд үүнийг давтамжийн фазын харьцуулагч дээр кварцын осцилляторын давтамжтай харьцуулдаг. Харьцуулагчид байна санал хүсэлтдавтамж таарахгүй тохиолдолд тохируулах кварцын осциллятортой.
Бүх атом дээр атомын цаг барих боломжгүй. Хамгийн оновчтой нь цезийн атом юм. Энэ нь бусад бүх зүйлийг харьцуулах үндсэн нэгийг хэлнэ тохиромжтой материал, жишээ нь: стронций, рубидиум, кальци гэх мэт. Анхдагч стандарт нь цаг хугацааг нарийн хэмжихэд туйлын тохиромжтой байдаг тул үүнийг анхдагч гэж нэрлэдэг.

Дэлхийн хамгийн нарийвчлалтай атомын цаг

Өнөөдрийг хүртэл хамгийн нарийвчлалтай атомын цагИх Британид байрладаг (албан ёсоор батлагдсан). Тэдний алдаа нь 138 сая жилд ердөө 1 секунд юм. Эдгээр нь АНУ зэрэг олон орны үндэсний цагийн стандартын стандарт бөгөөд олон улсын цагийг тодорхойлдог атомын цаг. Гэхдээ хаант улсад ихэнх нь байдаггүй үнэн зөв цагДэлхий дээр.

хамгийн зөв атомын цагны зураг

АНУ цезийн атом дээр суурилсан туршилтын төрлийн нарийн цагийг бүтээсэн гэдгээ зарлав, түүний алдаа нь бараг 1.5 тэрбум жилийн дотор 1 секунд байв. Энэ чиглэлээр шинжлэх ухаан зогсохгүй, хурдацтай хөгжиж байна.