MOSKOVA, 27 Ekim – RIA Novosti, Olga Kolentsova. Zaman nedir? Bilim kurgu filmlerinin yönetmenleri bunun içinden geçebileceğiniz bir tür boyut olduğuna inanıyor. Gerçek dünyada zaman, nesnelerin uzaydaki konumuna göre belirlenir. Teorik olarak, eğer Evrendeki her parçacığı belirli bir anda bulunduğu duruma ve konuma döndürebilirsek, zamanda geriye yolculuk etmiş oluruz.

Yani şimdilik bilgimiz, dünyada meydana gelen mekanik değişimlere bağlı olarak zamanın belirlenmesini mümkün kılıyor. Örneğin, bir tam dönüş Dünya kendi ekseni etrafında güne, Güneş'in etrafında ise yıla göre belirlenir. Ancak insanların günü daha küçük ve açıkça tanımlanmış bölümlere (saatler, dakikalar, saniyeler) bölmeye ihtiyaçları var.

Bu birimleri saymak için insanlar şunu buldu: özel cihazlar- kol saati. Geçmişleri yüzyıllara dayanıyor ve teknolojiyle birlikte zaman ölçümünün doğruluğuna yönelik gereksinimler de artıyor. Günlük yaşamda mekanik ve elektronik saat o zaman bilim çok daha doğru araçlara ihtiyaç duyar.

Zamanı hesaplamanın temeli, bir nesnenin kesin olarak tanımlanmış bir süre sonunda başlangıç durumuna döndüğü belirli tekrarlanabilir bir olaydır. Örneğin, mekanik bir saatte dişliler döner (veya bir sarkaç sallanır) ve bir kum saatinde, tüm kum tanelerinin kabın dibine düştüğü bir an gelir.

Elbette modern elektronik ve mekanik saat seleflerinden (su, kum ve güneş) çok daha doğru. Ancak bazı alanlar daha da hassas mekanizmalar gerektiriyordu. Ve insanlar atomun içinde meydana gelen süreçlere göre çalışan bir saat yarattılar.

Bildiğiniz gibi atom bir çekirdek ve bir elektron bulutundan oluşur. Elektronlar farklı enerji seviyelerinde bulunur. Elektron çekirdeğe ne kadar uzaksa enerjisi de o kadar fazla olur. Güçlü ama gerilebilir bir tasmayla çelik bir kirişe bağlanmış bir köpeği hayal edin. Ne kadar uzaklaşmak isterse tasmayı o kadar sıkı sıkması gerekir. Elbette güçlü, büyük bir köpek, küçük ve zayıf olandan daha ileri hareket edebilecektir.

Elektron daha düşük bir seviyeye geçerken enerji yayar ve daha yüksek bir seviyeye geçerken yüksek seviye- emer. "Sıçrayan" elektronlar kullanılarak kontrol edilebilir elektromanyetik radyasyon bir enerji kaynağıdır. Radyasyonun belli bir frekansı vardır. Bu değer, salınım periyodunun, yani “kapalı” hareketler yapan bir nesnenin orijinal durumuna dönmesi için gereken sürenin tersidir.

Atom saatleri kalsiyum, hidrojen, tülyum, stronsiyum, rubidyum, toryum, iyot ve metan ve çoğunlukla sezyum kullanır. Birinden geçiş sırasında sezyum-133 bazlı atom saatindeki elektronlar enerji seviyesi diğeri ise 9.192.631.770 Hz frekansında elektromanyetik radyasyon yayar. Bu doğal saatte bir saniyenin bölündüğü aralık sayısı budur. 1967 yılında Ağırlıklar ve Ölçüler Genel Konferansı'nda resmi olarak kabul edilen tanıma göre, sezyum-133 atomu zaman ölçümünde standart olarak kabul edilmektedir. Saniyenin doğruluğu diğer temel birimlerin orijinalliğini belirler fiziksel büyüklükler, zaman içinde tanımlanan volt veya watt gibi.

Son derece hassas bir saat şu şekilde çalışır: Sezyum-133 ısıtılır ve bazı atomlar ana maddeyi terk eder ve ardından istenen enerji durumlarına sahip atomları ortadan kaldıran bir manyetik alandan geçer. Sezyum-133'te bir elektron bir seviyeden diğerine geçerken seçilen atomlar elektromanyetik radyasyonun frekansına yakın frekansta bir manyetik alandan geçer. Alanın etkisi altında atomlar enerji durumlarını değiştirir ve gerektiğinde anı kaydeden bir dedektörün üzerine düşer. enerji durumu sahip olacak en büyük sayı atomlar. Daha sonra frekans değeri elektromanyetik alan birimini saniyeyi bölerek belirleyen bir frekans bölücüye beslenir. Sonuç, minimum zaman biriminin standardı olarak alınan "yeni bir saniye"dir.

Atom saati

Kuvars saatlerin doğruluğunu kısa vadeli stabilite açısından değerlendirirsek, bu doğruluğun sarkaçlı saatlerden çok daha yüksek olduğunu ancak uzun vadeli ölçümlerde daha yüksek stabilite gösterdiğini söylemek gerekir. Kuvars saatlerde düzensiz hareket, saatlerdeki değişikliklerden kaynaklanır. iç yapı kuvars ve elektronik sistemlerin kararsızlığı.

Frekans kararsızlığının ana kaynağı, osilatör frekansını senkronize eden kuvars kristalinin yaşlanmasıdır. Doğru, ölçümler kristalin yaşlanmasının frekans artışıyla birlikte büyük dalgalanmalar olmadan gerçekleştiğini göstermiştir. ani değişiklikler. Aksine. bu, yaşlanmayı bozar doğru iş kuvars saati ve sabit, değişmeyen frekans tepkisine sahip bir osilatöre sahip başka bir cihaz tarafından düzenli olarak izlenmesi ihtiyacını belirler.

İkinci Dünya Savaşı'ndan sonra mikrodalga spektroskopisinin hızlı gelişimi, uygun spektral çizgilere karşılık gelen frekanslar aracılığıyla zamanın hassas ölçümü için yeni olanaklar açtı. Frekans standartları olarak kabul edilebilecek bu frekanslar, kuantum üreteci bir zaman standardı olarak.

Bu karar zaman işleyişi tarihinde tarihi bir dönüm noktasıydı çünkü daha önce geçerli olan saatin değiştirilmesi anlamına geliyordu. astronomik birim yeni bir kuantum zaman birimiyle zaman. Bu yeni birim zaman, özel olarak seçilmiş bazı maddelerin moleküllerinin enerji seviyeleri arasındaki kesin olarak tanımlanmış geçişlerin radyasyon periyodu olarak tanıtıldı. Bu sorunla ilgili ilk kez yapılan yoğun araştırmalardan sonra savaş sonrası yıllar Mikrodalga enerjisinin sıvı amonyakta kontrollü olarak emilmesi prensibine göre çalışan bir cihaz yapmayı başardık. düşük basınçlar. Bununla birlikte, soğurma elemanı ile donatılmış bir cihazla yapılan ilk deneyler beklenen sonuçları vermedi, çünkü moleküllerin karşılıklı çarpışmasından kaynaklanan soğurma çizgisinin genişlemesi, kuantum geçişinin frekansını belirlemeyi zorlaştırdı. Yalnızca SSCB'de serbestçe uçan amonyak moleküllerinin dar bir ışın yöntemiyle A.M. Prokhorov ve N.G. Basov ve ABD'de Columbia Üniversitesi'nden Townes, moleküllerin karşılıklı çarpışma olasılığını önemli ölçüde azaltmayı ve spektral çizginin genişlemesini pratik olarak ortadan kaldırmayı başardı. Bu koşullar altında amonyak molekülleri zaten bir atom jeneratörü rolünü oynayabilir. Bir nozülden vakum boşluğuna salınan dar bir molekül demeti, moleküllerin ayrıldığı, düzgün olmayan bir elektrostatik alandan geçer. Daha yüksek kuantum durumundaki moleküller, ayarlanmış bir rezonatöre yönlendirildi ve burada 23.870.128.825 Hz sabit frekansta elektromanyetik enerji açığa çıkardılar. Bu frekans daha sonra atom saati devresindeki kuvars osilatörün frekansıyla karşılaştırılır. İlk kuantum üreteci olan amonyak maseri (Uyarılmış Radyasyon Emisyonuyla Mikrodalga Amplifikasyonu) bu prensip üzerine inşa edildi.

N.G. Basov, A.M. Prokhorov ve Townes bu çalışmalar için 1964'te ödüllendirildi Nobel Ödülü fizikte.

İsviçre, Japonya, Almanya, Büyük Britanya, Fransa ve son olarak Çekoslovakya'dan bilim adamları da amonyak ustalarının sıklığının istikrarını incelediler. 1968-1979 döneminde. Çekoslovak Bilimler Akademisi Radyo Mühendisliği ve Elektronik Enstitüsü'nde, Çekoslovak yapımı atom saatlerinde kesin zamanı depolamak için frekans standartları olarak hizmet eden birkaç amonyak ustaları inşa edildi ve deneme işletimine alındı. Saniyenin 20 milyonda biri kadar günlük değişimlere karşılık gelen 10-10 düzeyinde frekans kararlılığı elde ettiler.

Şu anda atom frekansı ve zaman standartları temel olarak iki ana amaç için kullanılmaktadır: zamanı ölçmek ve bazal frekans standartlarını kalibre etmek ve izlemek. Her iki durumda da kuvars saat üretecinin frekansı atom standardının frekansıyla karşılaştırılır.

Zamanı ölçerken atom standardının frekansı ile kristal saat üretecinin frekansı düzenli olarak karşılaştırılır ve belirlenen sapmalara göre belirlenir. doğrusal enterpolasyon ve ortalama zaman düzeltmesi. Gerçek zaman daha sonra kuvars saat okumalarının ve bu ortalama zaman düzeltmesinin toplamından elde edilir. Bu durumda enterpolasyondan kaynaklanan hata, kuvars saat kristalinin yaşlanmasının doğasına göre belirlenir.

Atomik zaman standartlarıyla bin yılda yalnızca 1 saniye hatayla elde edilen olağanüstü sonuçlar, Ekim 1967'de Paris'te düzenlenen On Üçüncü Ağırlıklar ve Ölçüler Genel Konferansı'nda zaman biriminin yeni bir tanımının yapılmasının nedeniydi. - artık bir sezyum-133 atomunun radyasyonunun 9,192,631,770 salınımı olarak tanımlanan atomik saniye.

Yukarıda da belirttiğimiz gibi bir kuvars kristali yaşlandıkça, kuvars osilatörünün salınım frekansı giderek artar ve kuvars ile atomik osilatörün frekansları arasındaki fark sürekli olarak artar. Kristal yaşlanma eğrisi doğruysa, kuvars titreşimlerini yalnızca periyodik olarak, en azından birkaç günlük aralıklarla düzeltmek yeterlidir. Bu şekilde atomik osilatörün kuvars saat sistemine kalıcı olarak bağlanmasına gerek kalmaz, bu da ölçüm sistemine müdahale eden etkilerin nüfuzunun sınırlı olması nedeniyle çok avantajlıdır.

1958'de Brüksel'deki Dünya Sergisinde gösterilen, iki amonyak moleküler osilatörüne sahip bir İsviçre atom saati, günde saniyenin yüz binde biri kadar bir doğruluk elde etti; bu, hassas sarkaçlı saatlerden yaklaşık bin kat daha doğrudur. Bu doğruluk, dönüş hızının periyodik istikrarsızlıklarını incelemeyi zaten mümkün kılıyor dünyanın ekseni. Şekil 2'deki grafik. 39, bir görüntü gibi tarihsel gelişim Kronometrik aletler ve zamanı ölçmeye yönelik yöntemlerin geliştirilmesi, zaman ölçümünün doğruluğunun birkaç yüzyıl boyunca neredeyse mucizevi bir şekilde nasıl arttığını gösteriyor. Yalnızca son 300 yılda bu doğruluk 100.000 kattan fazla arttı.

Pirinç. 39. 1930'dan 1950'ye kadar olan dönemde kronometrik aletlerin doğruluğu.

Kimyager Robert Wilhelm Bunsen (1811-1899), atomları uygun şekilde seçilmiş koşullar altında yaklaşık 9192 MHz frekansındaki elektromanyetik radyasyonu absorbe edebilen sezyumu keşfeden ilk kişiydi. Bu özellik Sherwood ve McCracken tarafından ilk sezyum ışın rezonatörünü oluşturmak için kullanıldı. Açık pratik kullanım Frekansları ve zamanı ölçmek için sezyum rezonatörü, bundan kısa bir süre sonra çabalarını Ulusal'da çalışan L. Essen'e yöneltti. fiziksel laboratuvarİngiltere'de. Amerika Birleşik Devletleri Nevel Gözlemevi astronomi grubuyla işbirliği içinde, zaten 1955-1958'de. sezyumun kuantum geçişinin frekansını 9,192,631,770 Hz olarak belirledi ve bunu o zamanlar geçerli olan efemeris saniye tanımıyla ilişkilendirdi; bu, çok daha sonra, yukarıda belirtildiği gibi, zaman biriminin yeni bir tanımının oluşturulmasına yol açtı. Aşağıdaki sezyum rezonatörleri, Ottawa'daki Kanada Ulusal Araştırma Konseyi'nde, Neuchâtel'deki Swiss des Researchers Horlogeres laboratuvarında ve diğerlerinde inşa edildi. İlk ticari tip atom saati. endüstriyel üretim 1956 yılında Massachusetts'teki Amerikan şirketi National Walden Company tarafından Atomichron adı altında piyasaya sürüldü.

Atom saatlerinin karmaşıklığı, atomik osilatörlerin kullanımının yalnızca bölgede mümkün olduğunu göstermektedir. laboratuvar ölçümü büyük ölçüm cihazları kullanılarak gerçekleştirilen zaman. Aslında yakın zamana kadar durum böyleydi. Ancak minyatürleşme bu alana da nüfuz etmiştir. Kristal osilatörlü karmaşık kronograflar üreten ünlü Japon şirketi Seiko-Hattori, yine Amerikan şirketi McDonnell Douglas Astronautics Company ile iş birliğiyle üretilen ilk atomik kol saatini satışa sundu. Bu şirket aynı zamanda minyatür de üretiyor yakıt hücresi Bahsedilen saatlerin enerji kaynağıdır. Elektrik enerjisi 13 beden bu elemanda mı? 6,4 mm radyoizotop prometyum-147'yi üretir; Bu elemanın hizmet ömrü beş yıldır. Tantal ve paslanmaz çelikten yapılmış saat kasası, elementin çevreye yayılan beta ışınlarına karşı yeterli koruma sağlıyor.

Astronomik ölçümler, gezegenlerin uzaydaki hareketinin incelenmesi ve çeşitli radyo astronomi çalışmaları artık kesin zaman bilgisi olmadan yapılamaz. Bu gibi durumlarda kuvars veya atom saatlerinden beklenen doğruluk saniyenin milyonda biri kadar değişir. Sağlanan zaman bilgisinin doğruluğunun artmasıyla birlikte saat senkronizasyonu sorunları da büyüdü. Kısa ve kısa hatlarda radyo yoluyla iletilen zaman sinyallerinin bir zamanlar tamamen tatmin edici olan yöntemi uzun dalgalar Birbirine yakın konumdaki iki kronometrik aleti 0,001 saniyeden daha büyük bir doğrulukla senkronize etmek için yeterince doğru olmadığı ortaya çıktı ve artık bu doğruluk derecesi bile artık tatmin edici değil.

Bir tanesi olası çözümler- yardımcı saatlerin karşılaştırmalı ölçümlerin yapıldığı yere taşınması - minyatürleştirme ile sağlanır elektronik elemanlar. 60'lı yılların başında uçaklarla taşınabilen özel kuvars ve atom saatleri yapıldı. Astronomi laboratuvarları arasında taşınabiliyorlardı ve aynı zamanda saniyenin milyonda biri hassasiyetinde zaman bilgisi sağlıyorlardı. Örneğin, 1967'de Kaliforniyalı Hewlett-Packard şirketi tarafından üretilen minyatür sezyum saatler kıtalararası olarak taşındığında, bu cihaz dünya çapında 53 laboratuvardan geçti (aynı zamanda Çekoslovakya'daydı) ve onun yardımıyla yerel saatler doğrulukla senkronize edildi. 0,1 µs (0,0000001 sn).

İletişim uyduları mikrosaniye zaman karşılaştırmaları için de kullanılabilir. Bu yöntem 1962 yılında Büyük Britanya ve Amerika Birleşik Devletleri tarafından Telestar uydusu üzerinden zaman sinyali iletilerek kullanıldı. Ancak sinyallerin televizyon teknolojisi kullanılarak iletilmesiyle daha düşük maliyetlerle çok daha olumlu sonuçlar elde edildi.

Televizyon saat darbelerini kullanarak kesin zaman ve frekansı aktarmaya yönelik bu yöntem, Çekoslovakya'da geliştirilmiş ve geliştirilmiştir. bilimsel kurumlar. Buradaki zaman bilgisinin yardımcı taşıyıcısı, televizyon programının aktarımına hiçbir şekilde müdahale etmeyen senkronize video darbeleridir. Bu durumda televizyon görüntü sinyaline herhangi bir ek darbe verilmesine gerek yoktur.

Bu yöntemin kullanılmasının şartı, karşılaştırılan saatlerin lokasyonlarında aynı televizyon programının alınabilmesidir. Karşılaştırılan saatler birkaç milisaniyelik bir doğrulukla önceden ayarlanıyor ve ölçümün tüm ölçüm istasyonlarında aynı anda yapılması gerekiyor. Ayrıca ortak bir kaynaktan, yani televizyon senkronizatöründen, karşılaştırılan saatlerin bulunduğu yerdeki alıcılara senkronizasyon darbelerinin iletilmesi için gereken zaman farkının da bilinmesi gerekmektedir.

İnsanlar Topraklarını Nasıl Keşfetti kitabından yazar Tomilin Anatoly Nikolayeviç

İkinci neslin nükleer buz kırıcıları Buzkıran filosunun amiral gemisi olan nükleer buz kırıcı "Lenin"den sonra, Leningrad'da üç nükleer buz kırıcı, atom kahramanı daha inşa edildi. Bunlara ikinci nesil buz kırıcılar deniyor. Bu ne anlama geliyor? Belki de her şeyden önce yeni bir şey oluştururken

İmparatorluğun Kırık Kılıcı kitabından yazar Kalaşnikof Maxim

14. BÖLÜM KARTALLARIN KESİNTİYE UÇUŞU. RUS KRUZÖRLERİ - AĞIR, NÜKLEER, FÜZE... 1 Bu kitabı, kaybedilen büyüklüğe bir ağıt olarak yazmıyoruz. Her ne kadar bir zamanlar büyük filo olan bu filonun mevcut (1996'da yazılmış) durumunu tasvir eden düzinelerce sayfa yazabilsek de

İkinci Kitaptan dünya savaşı kaydeden Beevor Anthony

Bölüm 50 Atom bombaları ve Japonya'nın yenilgisi Mayıs-Eylül 1945 Almanya'nın Mayıs 1945'te teslim olmasıyla birlikte Japon ordularıÇin, Tokyo'dan geri çekilmeye başlama emri aldı doğu kıyısı. Çan Kay-şek'in Milliyetçi birlikleri Japon işgali sırasında fena halde darp edildi.

yazar

Güneş Saati Hiç şüphesiz en yaygın zaman ölçme cihazı güneş saati Güneş'in görünen günlük ve bazen yıllık hareketine dayanmaktadır. Bu tür saatler, insanın gölgenin uzunluğu ve konumu arasındaki ilişkiyi fark etmesinden hemen önce ortaya çıktı.

Başka Bir Bilim Tarihi kitabından. Aristoteles'ten Newton'a yazar Kalyuzhny Dmitry Vitalievich

Su saatleri Güneş saatleri basit ve güvenilir bir zaman göstergesiydi ancak bazı ciddi dezavantajları vardı: Çalışmaları hava durumuna bağlıydı ve gün doğumu ile gün batımı arasındaki zamanla sınırlıydı. Hiç şüphe yok ki, bu nedenle bilim adamları başka arayışlara başladılar.

Başka Bir Bilim Tarihi kitabından. Aristoteles'ten Newton'a yazar Kalyuzhny Dmitry Vitalievich

Yangın saatleri Güneş ve su saatlerine ek olarak XIII'ün başlangıcı yüzyıllarda ilk ateş veya mum saatleri ortaya çıktı. Bunlar, yaklaşık bir metre uzunluğunda, tüm uzunluk boyunca basılmış bir ölçeğe sahip ince mumlardır. Zamanı nispeten doğru bir şekilde gösteriyorlardı ve geceleri kilise ve kiliselerin evlerini de aydınlatıyorlardı.

Başka Bir Bilim Tarihi kitabından. Aristoteles'ten Newton'a yazar Kalyuzhny Dmitry Vitalievich

Kum Saati İlk kum saatinin tarihi de bilinmiyor. Ancak kandiller gibi onlar da şeffaf camdan daha erken ortaya çıkmadı. Buna inanılıyor Batı Avrupa Kum saatini ancak Orta Çağ'ın sonunda öğrendiler; en eski sözlerinden biri

Atom Bombası Avı kitabından: KGB Dosya No. 13,676 yazar Çikov Vladimir Matveyeviç

3. Nasıl doğdular atom casusları

Sakura ve Meşe kitabından (koleksiyon) yazar Ovchinnikov Vsevolod Vladimirovich

İbreleri olmayan bir saat “Bir imparatorluğa çok fazla yatırım yapmış bir toplumun mirasçıları; Eriyen bir mirasın harap kalıntılarıyla çevrili insanlar, bir kriz anında geçmişin anılarını bırakıp modası geçmiş yaşam tarzlarını değiştirmeyi başaramadılar. Güle güle yüz

İkinci Dünya Savaşı kitabından: hatalar, hatalar, kayıplar kaydeden Dayton Len

20. SAAT KARANLIK Genç pilotlar hakkında bir şarkı söyleyelim, Savaş olmasaydı okul masasında oturuyor olacaklardı. 55. Filonun Şarkısı Kraliyet Hava Kuvvetleri, 1918 civarında yazılmış İngiliz savaş uçakları Britanya Savaşı'nda galip geldi, ancak savaş uçakları zarar gördü

Kitaptan Günlük yaşam Catherine'in altın çağındaki soylu sınıf yazar Eliseeva Olga Igorevna

Sabah saatlerinde İmparatoriçe şömineyi kendisi yaktı, mumları ve bir lambayı yaktı ve aynalı ofisteki masasına oturdu - günün ilk saatleri kişisel edebiyat alıştırmalarına ayrılmıştı. Bir keresinde Gribovsky'ye "bir gün işemeden gidemezsin" demişti.

Kitaptan Büyük zafer Açık Uzak Doğu. Ağustos 1945: Transbaikalia'dan Kore'ye yazar Aleksandrov Anatoly Andreyeviç

Bölüm VII Amerikan Atomik Saldırıları 1 25 Nisan, her iki muhatap için de özellikle dikkat çekici olduğu ortaya çıktı. Savaş Bakanı Stimson bu rapora ay başından beri hazırlanıyordu ancak Başkan Roosevelt'in ani ölümü üst düzey yetkililerin iletişim programlarını sekteye uğrattı.

Rus Amerika kitabından yazar Burlak Vadim Niklasoviç

Baranov, dinlenme saatlerinde misafirperverliği ve ziyafetlere ev sahipliği yapma sevgisiyle ünlüydü. Ruslar, yerliler ve yabancı denizciler bunu hatırladılar. Koloni için kıtlık zamanlarında bile, eğer tükenirse davetli ve sıradan misafirleri ağırlama fırsatı buldu.

Ramses'in Mısırı kitabından kaydeden Monte Pierre

IV. Saat Mısırlılar yılı on iki aya böldüler ve aynı şekilde gündüzü on iki saate, geceyi de on iki saate böldüler. Saati daha küçük zaman dilimlerine bölmeleri pek olası değildir. "An" olarak çevrilen "at" kelimesinin belirli bir anlamı yoktur.

Dünyanın En Büyük Casusları kitabından kaydeden Wighton Charles

12. BÖLÜM "ATOMİK" CASUSLAR 16 Temmuz 1945'in şafak vakti, Churchill, Truman ve Stalin Berlin'de Potsdam Konferansı için bir araya gelirken, ilk atom bombası. Patlamanın olduğu yerden yirmi mil uzaktaki tepelerde,

Rus Kaşifler - Rusların Zaferi ve Gururu kitabından yazar Glazyrin Maxim Yurievich

Nükleer reaktörler ve elektronik kristaller Konstantin Chilovsky (d. 1881), Rus mühendis, mucit. tespit etmek için bir cihaz icat etti denizaltılar Birinci Dünya Savaşı sırasında (1914–1918) yaygın olarak kullanıldı. Buluşu nedeniyle Fransız Nişanı'na layık görüldü.

Atom saati, zamanı çok hassas ölçen bir cihazdır. Periyod olarak moleküllerin veya atomların doğal titreşimleri kullanıldığı için isimlerini çalışma prensibinden almıştır. Atomik saatler navigasyonda yaygın olarak kullanılmaktadır. uzay endüstrisi uyduların yerini belirlemek için askeri küre Uçakların tespiti için ve ayrıca telekomünikasyonda.

Görünüşe göre pek çok uygulama alanı var, ancak bugün geleneksel atom saatlerinin hatası 30 milyon yılda sadece 1 saniye olduğuna göre neden hepsi bu kadar hassaslığa ihtiyaç duyuyor? Ama daha da kesin olan bir şey var. Her şey anlaşılabilir, çünkü mesafeleri hesaplamak için zaman kullanılır ve küçük bir hata, yüzlerce metreye, hatta kilometrelere yol açabilir. kozmik mesafeler. Örneğin, alalım Amerikan sistemi GPS navigasyonu Alıcıda geleneksel bir elektronik saat kullanıldığında, koordinat ölçüm hatası oldukça önemli olacaktır ve bu, diğer tüm hesaplamaları etkileyebilir ve bu, aşağıdaki sonuçlara yol açabilir: hakkında konuşuyoruz uzay teknolojileri hakkında Doğal olarak GPS alıcıları için mobil cihazlar ve diğer gadget'lar için daha fazla doğruluk hiç de önemli değil.

En çok kesin zaman Moskova'da ve dünyada, resmi web sitesinde bulabilirsiniz - “tam güncel saatin sunucusu” www.timeserver.ru

Atom saatleri nelerden yapılmıştır?

Bir atom saati birkaç ana parçadan oluşur: kuvars osilatörü, kuantum ayırıcı ve elektronik birimler. Referansı belirleyen ana şey, kuvars kristalleri üzerine inşa edilmiş ve kural olarak 10, 5, 2,5 MHz standart frekans üreten bir kuvars osilatörüdür. Çünkü istikrarlı çalışma hatasız kuvars oldukça küçüktür; sürekli ayarlanması gerekir.

Kuantum ayırıcı, atom hattının frekansını kaydeder ve frekans-faz karşılaştırıcısında kuvars osilatörün frekansıyla karşılaştırılır. Karşılaştırıcının, frekans uyumsuzluğu durumunda ayarlanması için kuvars osilatöre geri bildirimi vardır.
Atom saatleri tüm atomlar üzerine kurulamaz. En uygun olanı sezyum atomudur. Diğer tüm uygun malzemelerin karşılaştırıldığı birincil malzemeyi ifade eder, örneğin: stronsiyum, rubidyum, kalsiyum. Birincil standart, kesin zamanı ölçmek için kesinlikle uygundur, bu yüzden ona birincil denir.

Dünyanın en doğru atom saati

Bugüne kadar en doğru atom saati Birleşik Krallık'ta bulunmaktadır (resmi olarak kabul edilmiştir). Onların hatası 138 milyon yılda sadece 1 saniyedir. Bunlar, Amerika Birleşik Devletleri de dahil olmak üzere birçok ülkenin ulusal zaman standartları için standarttır ve aynı zamanda uluslararası saati de belirler. atom zamanı. Ancak krallık Dünya'daki en doğru saatleri içermiyor.

en doğru atom saati fotoğrafı

ABD deneysel bir tip geliştirdiğini duyurdu doğru saat sezyum atomlarındaki hataları neredeyse 1,5 milyar yılda 1 saniyeydi. Bu alandaki bilim durmuyor ve hızla gelişiyor.

Atom fizikçileri, zamanı ölçen cihazların geliştirilmesine yeni bir ivme kazandırdı.

1949'da, salınımların kaynağının bir sarkaç veya kuvars osilatörü değil, bir atomun iki enerji seviyesi arasındaki bir elektronun kuantum geçişiyle ilişkili sinyaller olduğu ilk atom saati inşa edildi.

Uygulamada, bu tür saatlerin pek doğru olmadığı, ayrıca hantal ve pahalı oldukları ve yaygın olarak kullanılmadıkları ortaya çıktı. Daha sonra iletişime geçilmesine karar verildi kimyasal element- sezyum. Ve 1955'te sezyum atomlarına dayanan ilk atom saati ortaya çıktı.

1967 yılında Dünya'nın dönüşünün yavaşlaması ve bu yavaşlamanın büyüklüğünün sabit olmaması nedeniyle atom zaman standardına geçilmesine karar verildi. Bu durum gökbilimcilerin ve zaman tutucuların işini çok daha zorlaştırdı.

Dünya şu anda 100 yılda yaklaşık 2 milisaniyelik bir hızla dönüyor.

Günün uzunluğundaki dalgalanmalar da saniyenin binde birine ulaşıyor. Bu nedenle Greenwich Ortalama Saati'nin (1884'ten bu yana genel olarak dünya çapında kabul edilen standart) doğruluğu yetersiz hale gelmiştir. 1967'de atom zaman standardına geçiş gerçekleşti.

Bugün bir saniye, tam olarak 9.192.631.770 radyasyon periyoduna eşit bir zaman periyodudur ve bu, Sezyum 133 atomunun temel durumunun iki aşırı ince seviyesi arasındaki geçişe karşılık gelir.

Şu anda zaman ölçeği olarak Koordineli Evrensel Zaman kullanılmaktadır. Uluslararası Ağırlıklar ve Ölçüler Bürosu tarafından, çeşitli ülkelerin zaman depolama laboratuvarlarından gelen verilerin yanı sıra Uluslararası Dünya Dönme Servisi'nden gelen verilerin birleştirilmesiyle oluşturulmuştur. Doğruluğu astronomik Greenwich Ortalama Saatinden neredeyse bir milyon kat daha yüksektir.

Ultra hassas atom saatlerinin boyutunu ve maliyetini radikal bir şekilde azaltacak ve bunların mobil cihazlarda çok çeşitli amaçlarla yaygın olarak kullanılmasını mümkün kılacak bir teknoloji geliştirildi. Bilim insanları çok küçük boyutta bir atomik zaman standardı oluşturmayı başardılar. Bu tür atom saatleri 0,075 W'tan daha az enerji tüketir ve 300 yılda bir saniyeden fazla hata yapmaz.

Araştırma grubu ABD ultra kompakt bir atom standardı oluşturmayı başardı. Sıradan AA pillerden atom saatlerine güç sağlamak mümkün hale geldi. Genellikle en az bir metre yüksekliğindeki ultra hassas atom saatleri, 1,5x1,5x4 mm'lik bir hacme yerleştirildi.

ABD'de bir cıva iyonuna dayanan deneysel bir atom saati geliştirildi. Uluslararası standart olarak kabul edilen sezyumdan beş kat daha hassastırlar. Sezyum saatleri o kadar hassastır ki, bir saniyelik farkın oluşması 70 milyon yıl sürerken, cıvalı saatlerde bu süre 400 milyon yıl olacaktır.

1982 yılında aralarında çıkan bir anlaşmazlıkta astronomik çözünürlüklü Zamanın Standardı ve onu yenenler atom saati yeni bir astronomik nesne araya girdi: milisaniyelik bir pulsar. Bu sinyaller en iyi atom saatleri kadar kararlıdır

Biliyor musun?

Rusya'daki ilk saatler

1412 yılında Moskova'da Müjde Kilisesi'nin arkasındaki Büyük Dük'ün avlusuna bir saat yerleştirildi ve bu saat, Sırp topraklarından gelen Sırp keşiş Lazar tarafından yapıldı. Ne yazık ki, Rusya'daki bu ilk saatlerin hiçbir açıklaması korunmamıştır.

________

Moskova Kremlin'in Spasskaya Kulesi'nde çan saati nasıl ortaya çıktı?

17. yüzyılda İngiliz Christopher Galloway, Spasskaya Kulesi için çanlar yaptı: saat çemberi 17 sektöre bölünmüştü, saatin tek ibresi sabitti, aşağı doğru yönlendirilmişti ve kadrandaki bir sayıyı işaret ediyordu, ancak kadranın kendisi dönüyordu.

Her 300 milyon yılda bir saniyelik hata yapan son derece hassas atom saatleri. Her yüz milyon yılda bir saniye hata yapan eski modelin yerini alan bu saat, artık Amerikan sivil saatinin standardını belirliyor. Lenta.ru atom saatlerinin yaratılış tarihini hatırlamaya karar verdi.

İlk atom

Saat oluşturmak için herhangi bir periyodik işlemi kullanmak yeterlidir. Ve zaman ölçüm araçlarının ortaya çıkış tarihi, kısmen yeni enerji kaynaklarının ya da yeni enerji kaynaklarının ortaya çıkış tarihidir. salınım sistemleri, saatlerde kullanılır. En çok basit izle muhtemelen güneş enerjisidir: çalışmaları için yalnızca Güneş'e ve gölge oluşturan bir nesneye ihtiyaç vardır. Bu zamanı belirleme yönteminin dezavantajları açıktır. Su ve kum saati ayrıca daha iyi değiller: yalnızca nispeten kısa zaman dilimlerini ölçmek için uygundurlar.

En eski mekanik saat 1901 yılında Antikythera adası yakınlarında Ege Denizi'nde batık bir gemide bulundu. 33'e 18'e 10 santimetre boyutlarında ve yaklaşık MÖ 100. yıldan kalma bir tahta kutu içinde yaklaşık 30 bronz dişli içerirler.

Neredeyse iki bin yıl boyunca mekanik saatler en doğru ve güvenilir olanıydı. Christian Huygens'in klasik eseri "Sarkaçlı Saat"in ("Horologium oscillatorium, sive de motu pendulorum an horologia aptato gösterileri geometrika") 1657'de ortaya çıkışı, salınımlı bir sistem olarak sarkaçlı bir zaman tutma cihazını tasvir etmesi muhtemelen bu alandaki doruk noktasıydı. Bu tip mekanik aletlerin gelişim tarihi.

Ancak gökbilimciler ve denizciler, konumlarını ve kesin zamanlarını belirlemek için hâlâ yıldızlı gökyüzünü ve haritaları kullanıyorlardı. İlk elektrikli saat 1814 yılında Francis Ronalds tarafından icat edilmiştir. Ancak bu tür ilk cihaz, sıcaklık değişimlerine karşı hassasiyet nedeniyle hatalıydı.

Saatlerin daha ileri tarihi, cihazlarda çeşitli salınım sistemlerinin kullanılmasıyla bağlantılıdır. 1927'de Bell Laboratuvarları çalışanları tarafından tanıtıldı kuvars izle kullanılmış piezoelektrik özellikler Kuvars kristali: Elektrik akımına maruz kaldığında kristal küçülmeye başlar. Modern kuvars kronometreler ayda 0,3 saniyeye kadar doğruluk sağlayabilir. Ancak kuvars yaşlanmaya karşı hassas olduğundan saatler zamanla daha az hassas hale gelir.

Gelişim ile atom fiziği Bilim adamları madde parçacıklarını salınım sistemleri olarak kullanmayı önerdiler. İlk atom saatleri böyle ortaya çıktı. Kullanma fikri atom titreşimleri Zamanı ölçmek için hidrojen, 1879'da İngiliz fizikçi Lord Kelvin tarafından önerildi, ancak bu ancak 20. yüzyılın ortalarında mümkün oldu.

Hubert von Herkomer'in bir tablosunun reprodüksiyonu (1907)

1930'larda Amerikalı fizikçi ve nükleerin kaşifi manyetik rezonans Isidor Rabi, sezyum-133 içeren bir atom saati üzerinde çalışmaya başladı ancak savaşın patlak vermesi onu bunu yapmaktan alıkoydu. 1949'daki savaştan sonra, Harold Lyonson'un katılımıyla ABD Ulusal Standartlar Komitesi ilkini oluşturdu. moleküler saat amonyak moleküllerini kullanır. Ancak bu tür ilk zaman ölçüm cihazları modern atom saatleri kadar doğru değildi.

Nispeten düşük doğruluk, amonyak moleküllerinin birbirleriyle ve bu maddenin bulunduğu kabın duvarları ile etkileşimi nedeniyle moleküllerin enerjisinin değişmesi ve bunların spektral çizgiler genişledi. Bu etki mekanik bir saatteki sürtünmeye çok benzer.

Daha sonra 1955 yılında Birleşik Krallık Ulusal Fizik Laboratuvarı'ndan Louis Essen ilk sezyum-133 atom saatini tanıttı. Bu saat bir milyon yılda bir saniyelik hata biriktirdi. Cihaz NBS-1 olarak adlandırıldı ve sezyum frekans standardı olarak kabul edilmeye başlandı.

Şematik diyagram atom saati devreye göre bir ayırıcı tarafından kontrol edilen bir kuvars osilatörden oluşur geri bildirim. Osilatör, kuvarsın piezoelektrik özelliklerinden faydalanırken, ayırıcı, atomların enerjik titreşimlerini kullanır, böylece kuvarsın titreşimleri, atom veya moleküllerdeki farklı enerji seviyelerinden geçişlerden gelen sinyallerle takip edilir. Jeneratör ve ayırıcı arasında atomik titreşimlerin frekansına ayarlanmış ve bunu kristalin titreşim frekansıyla karşılaştıran bir dengeleyici vardır.

Saatte kullanılan atomların kararlı titreşimler sağlaması gerekir. Elektromanyetik radyasyonun her frekansı için atomlar vardır: kalsiyum, stronsiyum, rubidyum, sezyum, hidrojen. Hatta amonyak ve iyot molekülleri bile.

Zaman standardı

Atom zamanını ölçen aletlerin ortaya çıkmasıyla birlikte, saniyeyi belirlemek için bunları evrensel bir standart olarak kullanmak mümkün hale geldi. 1884'ten itibaren dünya standardı olarak kabul edilen Greenwich Saati yerini atom saatleri standardına bıraktı. 1967 yılında 12. Ağırlıklar ve Ölçüler Genel Konferansı'nın kararıyla bir saniye, sezyum-133 atomunun temel durumunun iki aşırı ince seviyesi arasındaki geçişe karşılık gelen 9192631770 radyasyon periyodu süresi olarak tanımlandı. İkincinin bu tanımı astronomik parametrelere bağlı değildir ve gezegenin herhangi bir yerinde çoğaltılabilir. Atom saati standardında kullanılan Sezyum-133, tek kararlı izotop Dünya'da %100 bolluğa sahip sezyum.

Atomik saatler uydu navigasyon sistemlerinde de kullanılmaktadır; kesin zamanı ve uydu koordinatlarını belirlemek için gereklidirler. Bu nedenle, her GPS uydusunda bu tür dört saat seti bulunur: 50 nanosaniyelik sinyal iletim doğruluğu sağlayan iki rubidyum ve iki sezyum. GLONASS sisteminin Rus uyduları aynı zamanda sezyum ve rubidyum atomik zaman ölçüm cihazlarıyla donatılmıştır ve konuşlandırılan Avrupa Galileo coğrafi konumlandırma sisteminin uyduları hidrojen ve rubidyum olanlarla donatılmıştır.

Hidrojen saatlerinin doğruluğu en yüksektir. 12 saatte 0,45 nanosaniyedir. Görünen o ki, Galileo'nun bu kadar doğru saatleri kullanması, bu navigasyon sistemini, yörüngede 18 uydunun olacağı 2015 yılında zaten lider yapacak.

Kompakt atom saati

Hewlett-Packard, kompakt atom saatini geliştiren ilk şirket oldu. 1964 yılında büyük bir çanta büyüklüğündeki HP 5060A sezyum aygıtını yarattı. Şirket bu yönde gelişmeye devam etti ancak 2005 yılında atom saatleri geliştiren bölümünü Symmetricom'a sattı.

2011 yılında Draper Laboratuvarı ve Sandia Ulusal Laboratuvarlarından uzmanlar geliştirdi ve Symmetricom ilk minyatür atom saati Quantum'u piyasaya sürdü. Serbest bırakıldığında yaklaşık 15 bin dolara mal oldular, 40 x 35 x 11 milimetre ölçülerinde ve 35 gram ağırlığında kapalı bir kutuya konuldular. Saatin güç tüketimi 120 miliwatt'ın altındaydı. Başlangıçta Pentagon'un emriyle geliştirildiler ve GPS sistemlerinden bağımsız olarak çalışan, örneğin derin su altı veya yer altı navigasyon sistemlerine hizmet etmeleri amaçlandı.

Zaten 2013'ün sonunda Amerikan şirketi Bathys Hawaii ilk atomik kol saatini tanıttı. Ana bileşen olarak Symmetricom'un ürettiği SA.45s çipini kullanıyorlar. Çipin içinde sezyum-133 içeren bir kapsül var. Saatin tasarımında fotoseller ve düşük güçlü bir lazer de yer alıyor. İkincisi, sezyum gazının ısıtılmasını sağlar ve bunun sonucunda atomları bir enerji seviyesinden diğerine hareket etmeye başlar. Böyle bir geçişin kaydedilmesiyle zamanın ölçümü hassas bir şekilde gerçekleştirilir. Yeni bir cihazın maliyeti yaklaşık 12 bin dolar.

Minyatürleştirme, özerklik ve hassasiyete yönelik eğilimler, yakın gelecekte atom saatlerini kullanan yeni cihazların her alanda ortaya çıkmasına yol açacaktır. insan hayatı, başlayarak uzay araştırması Açık yörüngedeki uydular ve oda ve bilek sistemlerinde ev uygulamalarına yönelik istasyonlar.