Ատոմային ժամացույցներ. ճշգրիտ ժամանակը առաջընթացի բանալին է: Ատոմային ժամացույց Ատոմային ժամացույցի ստուգման ժամանակը

Անցյալ տարի՝ 2012 թվականին, լրացավ քառասունհինգ տարին այն օրվանից, երբ մարդկությունը որոշեց օգտագործել ատոմային ժամանակաչափ՝ ժամանակը հնարավորինս ճշգրիտ չափելու համար: 1967 թվականին Միջազգային ժամանակի կատեգորիան դադարել է որոշվել աստղագիտական ​​մասշտաբներով. դրանք փոխարինվել են ցեզիումի հաճախականության ստանդարտով: Հենց նա ստացավ այժմ հայտնի անվանումը՝ ատոմային ժամացույց։ Ճշգրիտ ժամանակը, որը նրանք թույլ են տալիս որոշել, ունի երեք միլիոն տարվա ընթացքում մեկ վայրկյանի աննշան սխալ, ինչը թույլ է տալիս դրանք օգտագործել որպես ժամանակային չափանիշ աշխարհի ցանկացած անկյունում:

Մի փոքր պատմություն

Ժամանակի գերճշգրիտ չափման համար ատոմային թրթռանքների օգտագործման գաղափարն առաջին անգամ արտահայտվել է դեռևս 1879 թվականին բրիտանացի ֆիզիկոս Ուիլյամ Թոմսոնի կողմից: Այս գիտնականն առաջարկել է օգտագործել ջրածինը որպես ռեզոնատոր ատոմների արտանետող: Գաղափարը կյանքի կոչելու առաջին փորձերը կատարվել են միայն 40-ական թվականներին։ քսաներորդ դար. Աշխարհի առաջին աշխատող ատոմային ժամացույցը հայտնվել է 1955 թվականին Մեծ Բրիտանիայում։ Նրանց ստեղծողը բրիտանացի փորձարար ֆիզիկոս դոկտոր Լուի Էսենն էր։ Այս ժամացույցներն աշխատում էին ցեզիում-133 ատոմների թրթռումների հիման վրա, և դրանց շնորհիվ գիտնականները վերջապես կարողացան չափել ժամանակը շատ ավելի մեծ ճշգրտությամբ, քան նախկինում: Էսսենի առաջին սարքը թույլ էր տալիս յուրաքանչյուր հարյուր տարվա ընթացքում մեկ վայրկյանից ոչ ավելի սխալ, բայց հետագայում այն ​​բազմիցս ավելացավ, և վայրկյանում սխալը կարող է կուտակվել միայն 2-3 հարյուր միլիոն տարի հետո:

Ատոմային ժամացույց: Գործողության սկզբունքը

Ինչպե՞ս է աշխատում այս խելացի «սարքը»: Ատոմային ժամացույցներն օգտագործում են մոլեկուլներ կամ ատոմներ քվանտային մակարդակում՝ որպես ռեզոնանսային հաճախականության գեներատոր։ կապ է հաստատում «ատոմային միջուկ-էլեկտրոններ» համակարգի և էներգիայի մի քանի դիսկրետ մակարդակների միջև: Եթե ​​նման համակարգի վրա ազդվում է խիստ սահմանված հաճախականությամբ, ապա այս համակարգի անցում տեղի կունենա ցածր մակարդակից բարձր մակարդակի: Հնարավոր է նաև հակադարձ գործընթացը՝ ատոմի անցում ավելի բարձր մակարդակից ցածր մակարդակի, որն ուղեկցվում է էներգիայի արտանետմամբ։ Այս երևույթները կարելի է կառավարել, և էներգիայի բոլոր թռիչքները կարող են գրանցվել՝ ստեղծելով տատանողական շղթայի պես մի բան (նաև կոչվում է ատոմային տատանվող): Նրա ռեզոնանսային հաճախականությունը կհամապատասխանի հարեւան ատոմային անցումային մակարդակների էներգիայի տարբերությանը` բաժանված Պլանկի հաստատունով:

Նման տատանողական սխեման անհերքելի առավելություններ ունի իր մեխանիկական և աստղագիտական ​​նախորդների համեմատ: Նման ատոմային տատանվողներից մեկի համար ցանկացած նյութի ատոմների ռեզոնանսային հաճախականությունը նույնն է լինելու, ինչը չի կարելի ասել ճոճանակների և պիեզոկրիստալների մասին։ Բացի այդ, ատոմները ժամանակի ընթացքում չեն փոխում իրենց հատկությունները և չեն մաշվում։ Հետևաբար, ատոմային ժամացույցները չափազանց ճշգրիտ և գործնականում հավերժական քրոնոմետրեր են:

Ճշգրիտ ժամանակ և ժամանակակից տեխնոլոգիաներ

Հեռահաղորդակցության ցանցեր, արբանյակային կապեր, GPS, NTP սերվերներ, էլեկտրոնային գործարքներ ֆոնդային բորսայում, ինտերնետ աճուրդներ, ինտերնետի միջոցով տոմսեր ձեռք բերելու կարգը. այս ամենը և շատ այլ երևույթներ վաղուց հաստատապես հաստատված են մեր կյանքում: Բայց եթե մարդկությունը չհայտներ ատոմային ժամացույցները, այս ամենը պարզապես չէր լինի։ Ճշգրիտ ժամանակը, որի հետ համաժամացումը թույլ է տալիս նվազագույնի հասցնել սխալները, ուշացումները և ուշացումները, թույլ է տալիս մարդուն առավելագույնս օգտագործել այս անգնահատելի անփոխարինելի ռեսուրսը, որը երբեք շատ չի լինում:

Ժամանակի չափման սարքերի ստեղծման նոր խթան են տվել ատոմային ֆիզիկոսները։

1949 թվականին կառուցվեց առաջին ատոմային ժամացույցը, որտեղ տատանումների աղբյուրը ոչ թե ճոճանակն էր կամ քվարցային տատանիչը, այլ ազդանշանները՝ կապված ատոմի երկու էներգետիկ մակարդակների միջև էլեկտրոնի քվանտային անցման հետ։

Գործնականում պարզվեց, որ նման ժամացույցները այնքան էլ ճշգրիտ չեն, ավելին, դրանք ծավալուն էին և թանկարժեք և լայն կիրառություն չունեին։ Հետո որոշվեց դիմել ցեզիումի քիմիական տարրին։ Իսկ 1955 թվականին հայտնվեցին ցեզիումի ատոմների վրա հիմնված առաջին ատոմային ժամացույցները։

1967 թվականին որոշվեց անցնել ատոմային ժամանակի ստանդարտին, քանի որ Երկրի պտույտը դանդաղում է, և այդ դանդաղման մեծությունը հաստատուն չէ։ Սա շատ ավելի դժվարացրեց աստղագետների և ժամանակապահների աշխատանքը։

Ներկայումս Երկիրը պտտվում է 100 տարում մոտ 2 միլիվայրկյան արագությամբ:

Օրվա տեւողության տատանումները նույնպես հասնում են վայրկյանի հազարերորդականի։ Հետևաբար, Գրինվիչի միջին ժամանակի ճշգրտությունը (ընդհանուր առմամբ ընդունված է որպես համաշխարհային ստանդարտ 1884 թվականից) դարձել է անբավարար։ 1967 թվականին տեղի ունեցավ անցում ատոմային ժամանակի ստանդարտին։

Այսօր վայրկյանը ժամանակի մի ժամանակահատված է, որը ճիշտ հավասար է 9,192,631,770 ճառագայթման ժամանակաշրջանին, որը համապատասխանում է ցեզիում 133 ատոմի հիմնական վիճակի երկու հիպերմանր մակարդակների անցմանը:

Ներկայումս որպես ժամանակի սանդղակ օգտագործվում է Համակարգված համընդհանուր ժամանակը: Այն ձևավորվել է Կշիռների և չափումների միջազգային բյուրոյի կողմից՝ համադրելով տարբեր երկրների ժամանակի պահպանման լաբորատորիաների տվյալները, ինչպես նաև Երկրի պտույտի միջազգային ծառայության տվյալները։ Դրա ճշգրտությունը գրեթե մեկ միլիոն անգամ գերազանցում է աստղագիտական ​​Գրինվիչի ժամանակին:

Մշակվել է տեխնոլոգիա, որն արմատապես կնվազեցնի գերճշգրիտ ատոմային ժամացույցների չափերն ու արժեքը, ինչը հնարավորություն կտա լայնորեն օգտագործել շարժական սարքերում տարբեր նպատակներով: Գիտնականներին հաջողվել է ստեղծել ծայրահեղ փոքր չափի ատոմային ժամանակի ստանդարտ: Նման ատոմային ժամացույցները սպառում են 0,075 Վտ-ից պակաս և ունեն 300 տարվա ընթացքում մեկ վայրկյանից ոչ ավելի սխալ:

ԱՄՆ հետազոտական ​​խմբին հաջողվել է ստեղծել ծայրահեղ կոմպակտ ատոմային ստանդարտ: Հնարավոր է դարձել ատոմային ժամացույցները սնուցել սովորական AA մարտկոցներից։ Գերճշգրիտ ատոմային ժամացույցներ, սովորաբար առնվազն մեկ մետր բարձրությամբ, տեղադրվում էին 1,5x1,5x4 մմ ծավալով:

ԱՄՆ-ում մշակվել է մեկ սնդիկի իոնի վրա հիմնված փորձնական ատոմային ժամացույց։ Դրանք հինգ անգամ ավելի ճշգրիտ են, քան ցեզիումը, որն ընդունված է որպես միջազգային ստանդարտ։ Ցեզիումի ժամացույցներն այնքան ճշգրիտ են, որ մեկ վայրկյանի անհամապատասխանության հասնելու համար կպահանջվի 70 միլիոն տարի, մինչդեռ սնդիկի ժամացույցների համար այս ժամանակահատվածը կկազմի 400 միլիոն տարի:

1982 թվականին նոր աստղագիտական ​​օբյեկտ՝ միլիվայրկյան պուլսարը, միջամտեց ժամանակի ստանդարտի աստղագիտական ​​սահմանման և այն շահած ատոմային ժամացույցի միջև վեճին: Այս ազդանշանները նույնքան կայուն են, որքան լավագույն ատոմային ժամացույցները

Դուք գիտեի՞ք։

Առաջին ժամացույցները Ռուսաստանում

1412 թվականին Մոսկվայում Ավետման եկեղեցու հետևում Մեծ Դքսի բակում ժամացույց տեղադրեցին, և այն պատրաստեց սերբ վանական Ղազարը, ով եկել էր սերբական հողից: Ցավոք, Ռուսաստանում այս առաջին ժամացույցների ոչ մի նկարագրություն չի պահպանվել:

________

Ինչպե՞ս է ժամացույցը հայտնվել Մոսկվայի Կրեմլի Սպասկայա աշտարակի վրա:

17-րդ դարում անգլիացի Քրիստոֆեր Գալոուեյը զանգահարեց Սպասկայա աշտարակի համար. ժամի շրջանագիծը բաժանված էր 17 հատվածի, ժամացույցի միակ սլաքը անշարժ էր, ուղղված դեպի ներքև և ցույց տվեց թվատախտակի վրա ինչ-որ թվի վրա, բայց հավաքիչը ինքնին պտտվում էր:

Մենք հաճախ ենք լսում այն ​​արտահայտությունը, որ ատոմային ժամացույցները միշտ ցույց են տալիս ճշգրիտ ժամանակը: Բայց նրանց անունից դժվար է հասկանալ, թե ինչու են ատոմային ժամացույցներն ամենաճիշտը կամ ինչպես են աշխատում։

Միայն այն պատճառով, որ անունը պարունակում է «ատոմային» բառը, չի նշանակում, որ ժամացույցը վտանգ է ներկայացնում կյանքի համար, նույնիսկ եթե մտքում անմիջապես առաջանում են ատոմային ռումբի կամ ատոմակայանի մասին մտքեր: Տվյալ դեպքում խոսքը ընդամենը ժամացույցի աշխատանքի սկզբունքի մասին է։ Եթե ​​սովորական մեխանիկական ժամացույցում տատանողական շարժումները կատարվում են շարժակների միջոցով և հաշվում են դրանց շարժումները, ապա ատոմային ժամացույցում հաշվվում են ատոմների ներսում էլեկտրոնների տատանումները։ Գործողության սկզբունքը ավելի լավ հասկանալու համար հիշենք տարրական մասնիկների ֆիզիկան։

Մեր աշխարհի բոլոր նյութերը կազմված են ատոմներից։ Ատոմները բաղկացած են պրոտոններից, նեյտրոններից և էլեկտրոններից։ Պրոտոններն ու նեյտրոնները միանում են միմյանց՝ ձևավորելով միջուկ, որը նաև կոչվում է նուկլոն։ Էլեկտրոնները շարժվում են միջուկի շուրջը, որը կարող է լինել էներգիայի տարբեր մակարդակներում։ Ամենահետաքրքիրն այն է, որ էներգիան կլանելիս կամ արձակելիս էլեկտրոնը կարող է իր էներգիայի մակարդակից տեղափոխվել ավելի բարձր կամ ավելի ցածր մակարդակ: Էլեկտրոնը կարող է էներգիա ստանալ էլեկտրամագնիսական ճառագայթումից՝ յուրաքանչյուր անցումով կլանելով կամ արձակելով որոշակի հաճախականության էլեկտրամագնիսական ճառագայթում։

Ամենից հաճախ կան ժամացույցներ, որոնցում փոփոխության համար օգտագործվում են Ցեզիում -133 տարրի ատոմները։ Եթե ​​1 վայրկյանում ճոճանակը սովորական ժամացույցկատարում է 1 տատանողական շարժում, ապա էլեկտրոնները ատոմային ժամացույցներումՑեզիում-133-ի հիման վրա, էներգիայի մի մակարդակից մյուսին անցնելիս նրանք արձակում են էլեկտրամագնիսական ճառագայթում՝ 9192631770 Հց հաճախականությամբ։ Ստացվում է, որ մեկ վայրկյանը բաժանվում է հենց այս քանակի միջակայքերի, եթե այն հաշվարկվում է ատոմային ժամացույցներով։ Այս արժեքը պաշտոնապես ընդունվել է միջազգային հանրության կողմից 1967 թվականին։ Պատկերացրեք մի հսկայական թվաքանակ ոչ թե 60, այլ 9192631770 բաժանումներով, որոնք կազմում են ընդամենը 1 վայրկյան: Զարմանալի չէ, որ ատոմային ժամացույցներն այդքան ճշգրիտ են և ունեն մի շարք առավելություններ՝ ատոմները չեն ենթարկվում ծերացման, չեն մաշվում, իսկ տատանումների հաճախականությունը միշտ նույնը կլինի մեկ քիմիական տարրի համար, ինչի շնորհիվ հնարավոր է. համաժամանակյա համեմատեք, օրինակ, ատոմային ժամացույցների ցուցումները հեռավոր տիեզերքում և Երկրի վրա՝ առանց սխալների վախի:

Ատոմային ժամացույցների շնորհիվ մարդկությունը կարողացավ գործնականում ստուգել հարաբերականության տեսության ճիշտությունը և համոզվել, որ այն ավելի լավն է, քան Երկրի վրա։ Ատոմային ժամացույցները տեղադրված են բազմաթիվ արբանյակների և տիեզերանավերի վրա, դրանք օգտագործվում են հեռահաղորդակցության կարիքների համար, բջջային կապի համար և օգտագործվում են ամբողջ մոլորակի ճշգրիտ ժամանակը համեմատելու համար: Առանց չափազանցության, հենց ատոմային ժամացույցների գյուտի շնորհիվ մարդկությունը կարողացավ թեւակոխել բարձր տեխնոլոգիաների դարաշրջան։

Ինչպե՞ս են աշխատում ատոմային ժամացույցները:

Ցեզիում-133-ը տաքացվում է ցեզիումի ատոմների գոլորշիացման միջոցով, որոնք անցնում են մագնիսական դաշտով, որտեղ ընտրվում են ցանկալի էներգետիկ վիճակներով ատոմները։

Այնուհետև ընտրված ատոմներն անցնում են 9192631770 Հց հաճախականությամբ մագնիսական դաշտի միջով, որը ստեղծվում է քվարցային տատանման միջոցով: Դաշտի ազդեցությամբ ցեզիումի ատոմները կրկին փոխում են էներգետիկ վիճակները և ընկնում դետեկտորի վրա, որն արձանագրում է, թե երբ ամենամեծ թվով մուտքային ատոմները կունենան «ճիշտ» էներգետիկ վիճակը։ Փոփոխված էներգետիկ վիճակով ատոմների առավելագույն թիվը ցույց է տալիս, որ միկրոալիքային դաշտի հաճախականությունը ճիշտ է ընտրված, այնուհետև դրա արժեքը սնվում է էլեկտրոնային սարքի մեջ՝ հաճախականության բաժանարար, որը, հաճախականությունը մի ամբողջ թվով անգամ նվազեցնելով, ստանում է. թիվ 1-ը, որը հղման երկրորդն է:

Այսպիսով, ցեզիումի ատոմներն օգտագործվում են բյուրեղյա տատանվողի կողմից արտադրվող մագնիսական դաշտի ճիշտ հաճախականությունը ստուգելու համար՝ օգնելով պահպանել այն հաստատուն արժեքով։

Սա հետաքրքիր է. Թեև ներկայիս ատոմային ժամացույցներն աննախադեպ ճշգրիտ են և կարող են միլիոնավոր տարիներ աշխատել առանց սխալների, ֆիզիկոսները չեն պատրաստվում դրանով կանգ առնել: Օգտագործելով տարբեր քիմիական տարրերի ատոմներ՝ նրանք մշտապես աշխատում են ատոմային ժամացույցների ճշգրտությունը բարելավելու ուղղությամբ։ Վերջին գյուտերից է ատոմային ժամացույցը ստրոնցիում, որոնք երեք անգամ ավելի ճշգրիտ են, քան իրենց ցեզիումի նմանակը։ Ընդամենը մեկ վայրկյան հետ մնալու համար նրանց կպահանջվի 15 միլիարդ տարի՝ մեր Տիեզերքի տարիքը գերազանցող ժամանակ...

Եթե ​​սխալ եք գտնում, խնդրում ենք ընդգծել տեքստի մի հատվածը և սեղմել Ctrl+Enter.

Ատոմային ժամացույց, հունվարի 27, 2016թ

Ներկառուցված ատոմային ժամանակի ստանդարտով աշխարհում առաջին գրպանի ժամացույցի ծննդավայրը չի լինի Շվեյցարիան կամ նույնիսկ Ճապոնիան: Նրանց ստեղծման գաղափարը ծագել է Մեծ Բրիտանիայի սրտում՝ լոնդոնյան Hoptroff ապրանքանիշում

Ատոմային ժամացույցները, կամ ինչպես նաև կոչվում են «քվանտային ժամացույցներ», մի սարք է, որը չափում է ժամանակը՝ օգտագործելով բնական թրթռումները՝ կապված ատոմների կամ մոլեկուլների մակարդակում տեղի ունեցող գործընթացների հետ: Ռիչարդ Հոփտրոֆը որոշեց, որ ժամանակն է, որ ժամանակակից ջենթլմենները, ովքեր հետաքրքրված են ուլտրատեխնոլոգիական սարքերով, փոխանակեն իրենց գրպանի մեխանիկական ժամացույցները ավելի շռայլ և ոչ սովորական, ինչպես նաև ժամանակակից քաղաքային միտումներին համապատասխան:

Այսպիսով, հանրությանը ցուցադրվեց արտաքին տեսքով էլեգանտ ատոմային Hoptroff No. ժամացույցը։ 10, որը կարող է զարմացնել ժամանակակից սերնդին, որը հագեցած է գաջեթների առատությամբ, ոչ միայն իր ռետրո ոճով և ֆանտաստիկ ճշգրտությամբ, այլև իր ծառայության ժամկետով: Ըստ մշակողների՝ ունենալով այս ժամացույցը ձեզ հետ՝ դուք կարող եք մնալ ամենաճշտապահը առնվազն 5 միլիարդ տարի։

Էլ ի՞նչ կարող եք հետաքրքիր իմանալ նրանց մասին...

Լուսանկար 2.

Բոլոր նրանց համար, ովքեր երբեք չեն հետաքրքրվել նման ժամացույցներով, արժե համառոտ բացատրել դրանց շահագործման սկզբունքը։ «Ատոմային սարքի» ներսում չկա դասական մեխանիկական ժամացույցի նմանվող ոչինչ: Հոպտրոֆում No. 10, որպես այդպիսին, մեխանիկական մասեր չկան: Փոխարենը ատոմային գրպանի ժամացույցները հագեցած են ռադիոակտիվ գազով լցված փակ խցիկով, որի ջերմաստիճանը վերահսկվում է հատուկ վառարանով։ Ժամանակի ճշգրիտ հաշվարկը տեղի է ունենում հետևյալ կերպ. լազերները գրգռում են քիմիական տարրի ատոմները, որը ժամացույցի մի տեսակ «լրացուցիչ» է, և ռեզոնատորը գրանցում և չափում է յուրաքանչյուր ատոմային անցում: Այսօր նման սարքերի հիմնական տարրը ցեզիումն է։ Եթե ​​հիշենք SI միավորների համակարգը, ապա դրանում վայրկյանի արժեքը կապված է ցեզիում-133 ատոմների մի էներգետիկ մակարդակից մյուսին անցման ժամանակ էլեկտրամագնիսական ճառագայթման ժամանակաշրջանների քանակի հետ։

Լուսանկար 3.

Եթե ​​սմարթֆոններում սարքի սիրտը համարվում է պրոցեսորային չիպ, ապա Hoptroff No. 10 այս դերը ստանձնում է հղման ժամանակի գեներատորի մոդուլը: Այն մատակարարվում է Symmetricom-ի կողմից, իսկ չիպն ինքնին ի սկզբանե նպատակ ուներ օգտագործել ռազմական արդյունաբերության մեջ՝ անօդաչու թռչող սարքերում:

CSAC ատոմային ժամացույցը հագեցած է ջերմաստիճանի կառավարմամբ թերմոստատով, որը պարունակում է ցեզիումի գոլորշի պարունակող խցիկ։ Ցեզիում-133 ատոմների վրա լազերի ազդեցության տակ սկսվում է դրանց անցումը մի էներգետիկ վիճակից մյուսին, որը չափվում է միկրոալիքային ռեզոնատորի միջոցով։ 1967 թվականից ի վեր Միավորների միջազգային համակարգը (SI) մեկ վայրկյանը սահմանել է որպես էլեկտրամագնիսական ճառագայթման 9,192,631,770 ժամանակաշրջան, որն առաջացել է ցեզիում-133 ատոմի հիմնական վիճակի երկու հիպերմանր մակարդակների միջև անցման ժամանակ: Ելնելով դրանից՝ դժվար է պատկերացնել տեխնիկապես ավելի ճշգրիտ ցեզիումի վրա հիմնված ժամացույց։ Ժամանակի ընթացքում, հաշվի առնելով ժամանակի չափման ոլորտում վերջին ձեռքբերումները, նոր օպտիկական ժամացույցների ճշգրտությունը, որը հիմնված է ալյումինի իոնի վրա, որը պտտվում է ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման հաճախականությամբ (100,000 անգամ ավելի բարձր, քան ցեզիումի ժամացույցների միկրոալիքային հաճախականությունները) հարյուր անգամ ավելի բարձր կլինի: քան ատոմային քրոնոմետրերի ճշգրտությունը։ Պարզ ասած, Hoptroff-ի նոր Pocket Model No.10-ը ունի տարեկան 0,0015 վայրկյան վազքի սխալ, ինչը 2,4 միլիոն անգամ ավելի լավ է COSC ստանդարտներից:

Լուսանկար 4.

Սարքի ֆունկցիոնալ կողմը նույնպես ֆանտազիայի շեմին է։ Նրա օգնությամբ դուք կարող եք պարզել՝ ժամը, ամսաթիվը, շաբաթվա օրը, տարին, լայնությունը և երկայնությունը տարբեր քանակությամբ, ճնշումը, խոնավությունը, կողմնակի ժամերն ու րոպեները, մակընթացության կանխատեսումը և շատ այլ ցուցանիշներ: Ժամացույցը գալիս է ոսկուց, և նախատեսվում է օգտագործել 3D տպագրություն՝ թանկարժեք մետաղից դրա պատյան ստեղծելու համար։

Ռիչարդ Հոպտրոֆն անկեղծորեն հավատում է, որ իր մտահղացումն ստեղծելու այս տարբերակն ամենանախընտրելին է: Կառույցի նախագծային բաղադրիչը փոքր-ինչ փոխելու համար ընդհանրապես անհրաժեշտ չի լինի վերակառուցել արտադրական գիծը, այլ դրա համար օգտագործել 3D տպագրության սարքի ֆունկցիոնալ ճկունությունը։ Սակայն հարկ է նշել, որ ցուցադրված ժամացույցի նախատիպը պատրաստվել է դասական եղանակով։

Լուսանկար 5.

Ժամանակն այս օրերին շատ թանկ է, իսկ Hoptroff No. 10-ը դրա ուղղակի հաստատումն է: Ըստ նախնական տեղեկությունների՝ ատոմային սարքերի առաջին խմբաքանակը լինելու է 12 միավոր, իսկ ինչ վերաբերում է արժեքին, ապա 1 օրինակի արժեքը կկազմի 78000 դոլար։

Լուսանկար 6.

Ըստ ապրանքանիշի կառավարիչ տնօրեն Ռիչարդ Հոպտրոֆի, այս գաղափարի առաջացման մեջ առանցքային դեր է խաղացել Հոպտրոֆի Լոնդոնի գտնվելու վայրը։ «Մեր քվարցային շարժումներում մենք օգտագործում ենք բարձր ճշգրտության տատանվող համակարգ՝ GPS ազդանշանով: Սակայն Լոնդոնի կենտրոնում այդքան էլ հեշտ չէ որսալ հենց այս ազդանշանը։ Մի օր, Գրինվիչի աստղադիտարանի ճամփորդության ժամանակ, այնտեղ տեսա Hewlett Packard-ի ատոմային ժամացույցը և որոշեցի նման բան գնել ինձ համար ինտերնետի միջոցով: Իսկ ես չկարողացա։ Փոխարենը, ես հանդիպեցի Symmetricon-ի չիպի մասին տեղեկությունների, և երեք օր մտածելուց հետո հասկացա, որ այն կատարյալ կլինի գրպանի ժամացույցի համար»։

Քննարկվող չիպը SA.45s ցեզիումի ատոմային ժամացույցն է (CSAC), որն առաջին սերնդի մանրանկարչական ատոմային ժամացույցներից մեկն է՝ GPS ընդունիչների, ուսապարկի ռադիոհաղորդիչների և անօդաչու մեքենաների համար: Չնայած իր համեստ չափսերին (40 մմ x 34,75 մմ), այն դեռ դժվար թե տեղավորվի ձեռքի ժամացույցի մեջ: Ուստի Հոպտրոֆը որոշեց դրանք զինել բավականին պատկառելի չափսերի գրպանային մոդելով (82 մմ տրամագծով):

Բացի աշխարհի ամենաճշգրիտ ժամացույցը լինելուց, Hoptroff No 10-ը (ապրանքանիշի տասներորդ շարժումը) նաև հավակնում է լինել առաջին ոսկյա պատյանը, որը պատրաստված է 3D տպագրության տեխնոլոգիայով: Հոպտրոֆը դեռ չի կարող հստակ ասել, թե որքան ոսկի կպահանջվի գործը պատրաստելու համար (առաջին նախատիպի վրա աշխատանքն ավարտվեց, երբ թողարկումը հրապարակվեց), բայց գնահատում է, որ դրա արժեքը կկազմի «առնվազն մի քանի հազար ֆունտ ստեռլինգ»։ Եվ հաշվի առնելով արտադրանքի մշակմանն ուղղված հետազոտությունների ծավալը (վերցրեք մակընթացությունների և մակընթացությունների հոսքի հաշվարկման գործառույթը՝ օգտագործելով ներդաշնակ հաստատուններ 3000 տարբեր նավահանգիստների համար), մենք կարող ենք ակնկալել, որ դրա վերջնական մանրածախ գինը կկազմի մոտ 50,000 ֆունտ:

Թիվ 10 մոդելի ոսկե կորպուսը, քանի որ այն դուրս է գալիս 3D տպիչից և պատրաստի տեսքով

Գնորդներն ինքնաբերաբար դառնում են բացառիկ ակումբի անդամներ և պետք է գրավոր պարտավորություն ստորագրեն ատոմային ժամացույցի չիպը որպես զենք չօգտագործելու մասին: «Սա մատակարարի հետ մեր պայմանագրի պայմաններից մեկն է», - բացատրում է պարոն Հոպտրոֆը, «քանի որ ատոմային չիպն ի սկզբանե օգտագործվել է հրթիռների ուղղորդման համակարգերում»: Անբասիր ճշտությամբ ժամացույց ունենալու հնարավորության համար վճարելու շատ բան չէ:

Hoptroff-ից No.10-ի երջանիկ տերերը շատ ավելին կունենան իրենց տրամադրության տակ, քան պարզապես բարձր ճշգրտության ժամացույց: Մոդելը նաև գործում է որպես գրպանային նավիգացիոն սարք, որը թույլ է տալիս որոշել երկայնությունը մեկ ծովային մղոնի ճշգրտությամբ, նույնիսկ երկար տարիներ ծովում գտնվելուց հետո՝ օգտագործելով պարզ սեքստանտ: Մոդելը կստանա երկու թվաչափ, սակայն դրանցից մեկի դիզայնը դեռ գաղտնի է պահվում։ Մյուսը հաշվիչների պտտահողմ է, որը ցույց է տալիս մինչև 28 բարդություն՝ բոլոր հնարավոր ժամանակաչափական գործառույթներից և օրացույցային ցուցիչներից մինչև կողմնացույց, ջերմաչափ, խոնավության մակարդակ (խոնավության մակարդակը չափող սարք), բարոմետր, լայնության և երկայնության հաշվիչներ և բարձր/ցածր ալիք: ցուցիչ։ Եվ սա էլ չենք խոսում ատոմային թերմոստատի վիճակի կենսական ցուցիչների մասին։

Hoptroff-ը նախատեսում է արտադրել մի շարք նոր ապրանքներ, ներառյալ Ջորջ Դենիելսի լեգենդար Space Traveler ժամացույցի էլեկտրոնային տարբերակը: Ներկայումս աշխատանքներ են տարվում ժամացույցի մեջ Bluetooth տեխնոլոգիան ինտեգրելու համար՝ կրողի անձնական տվյալները պահելու և այնպիսի բարդությունների ավտոմատ կարգավորումը, ինչպիսին է լուսնի փուլի ցուցիչը:

Երբ լույսը հանկարծ անջատվում է և մի փոքր ուշ նորից միանում, ինչպե՞ս իմանաք, թե ժամը քանիսն է կարգավորել: Այո, ես խոսում եմ էլեկտրոնային ժամացույցների մասին, որոնք մեզանից շատերը հավանաբար ունեն: Երբևէ մտածե՞լ եք, թե ինչպես է կարգավորվում ժամանակը: Այս հոդվածում մենք կիմանանք ամեն ինչ ատոմային ժամացույցի և այն մասին, թե ինչպես է այն ստիպում ամբողջ աշխարհը:

Ատոմային ժամացույցներն ավելի լավ են ցույց տալիս ժամանակը, քան ցանկացած այլ ժամացույց: Դրանք ավելի լավ են ցույց տալիս ժամանակը, քան Երկրի պտույտը և աստղերի շարժումը։ Առանց ատոմային ժամացույցների, GPS նավիգացիան անհնար կլիներ, չէր սինխրոնիզացվի, և մոլորակների դիրքերը բավարար ճշգրտությամբ հայտնի չէին տիեզերական զոնդերի և տրանսպորտային միջոցների համար:

Ատոմային ժամացույցները ռադիոակտիվ չեն: Նրանք չեն հիմնվում ատոմային տրոհման վրա։ Ավելին, այն ունի զսպանակ, ինչպես սովորական ժամացույցը։ Ստանդարտ ժամացույցի և ատոմային ժամացույցի ամենամեծ տարբերությունն այն է, որ ատոմային ժամացույցի տատանումները տեղի են ունենում ատոմի միջուկում՝ այն շրջապատող էլեկտրոնների միջև: Այս տատանումները հազիվ թե զուգահեռ լինեն ոլորուն ժամացույցի հավասարակշռության անիվին, սակայն տատանումների երկու տեսակներն էլ կարող են օգտագործվել ժամանակի ընթացքը հետևելու համար: Ատոմում թրթռումների հաճախականությունը որոշվում է միջուկի զանգվածով, ձգողականությամբ և միջուկի դրական լիցքի և դրա շուրջ էլեկտրոնների ամպի միջև եղած էլեկտրաստատիկ «աղբյուրով»:

Ի՞նչ տեսակի ատոմային ժամացույցներ գիտենք:

Այսօր կան տարբեր տեսակի ատոմային ժամացույցներ, սակայն դրանք կառուցված են նույն սկզբունքներով։ Հիմնական տարբերությունը վերաբերում է էներգիայի մակարդակների փոփոխությունների հայտնաբերման տարրին և միջոցներին: Ատոմային ժամացույցների տարբեր տեսակները ներառում են հետևյալը.

• Ցեզիումի ատոմային ժամացույցներ՝ օգտագործելով ցեզիումի ատոմների ճառագայթներ: Ժամացույցը մագնիսական դաշտի միջոցով առանձնացնում է էներգիայի տարբեր մակարդակներով ցեզիումի ատոմները:
• Ջրածնի ատոմային ժամացույցը ջրածնի ատոմները պահում է էներգիայի ճիշտ մակարդակում կոնտեյներով, որի պատերը պատրաստված են հատուկ նյութից, որպեսզի ատոմները շատ արագ չկորցնեն իրենց բարձր էներգիայի վիճակը:
• Ռուբիդիումի ատոմային ժամացույցները, որոնցից ամենապարզն ու կոմպակտը, օգտագործում են ռուբիդիում գազ պարունակող ապակե բջիջ:

Այսօրվա ամենաճշգրիտ ատոմային ժամացույցները օգտագործում են ցեզիումի ատոմ և սովորական մագնիսական դաշտ՝ դետեկտորներով: Բացի այդ, ցեզիումի ատոմները պարունակում են լազերային ճառագայթներ, ինչը նվազեցնում է հաճախականության փոքր փոփոխությունները Դոպլերի էֆեկտի պատճառով:

Ինչպե՞ս են աշխատում ցեզիումի վրա հիմնված ատոմային ժամացույցները:

Ատոմներն ունեն թրթռման բնորոշ հաճախականություն։ Հաճախականության ծանոթ օրինակ է նատրիումի նարնջագույն փայլը կերակրի աղի մեջ, երբ նետվում է կրակի մեջ: Ատոմը շատ տարբեր հաճախականություններ ունի, որոնցից մի քանիսը ռադիոտիրույթում են, որոշները տեսանելի սպեկտրում, իսկ մյուսները՝ միջակայքում: Ատոմային ժամացույցների համար առավել հաճախ ընտրվում է ցեզիում-133:

Ատոմային ժամացույցում ցեզիումի ատոմների ռեզոնանս առաջացնելու համար պետք է ճշգրիտ չափել անցումներից մեկը կամ ռեզոնանսային հաճախականությունը: Սա սովորաբար արվում է ցեզիումի ատոմի հիմնարար միկրոալիքային ռեզոնանսի մեջ բյուրեղյա տատանիչ փակելով: Այս ազդանշանը գտնվում է ռադիոհաճախականության սպեկտրի միկրոալիքային տիրույթում և ունի նույն հաճախականությունը, ինչ ուղիղ հեռարձակվող արբանյակային ազդանշանները: Ինժեներները շատ մանրամասն գիտեն, թե ինչպես ստեղծել սարքավորումներ այս սպեկտրի տարածաշրջանի համար:

Ժամացույց ստեղծելու համար ցեզիումը նախ տաքացնում են, որպեսզի ատոմները գոլորշիացվեն և անցնեն բարձր վակուումային խողովակով։ Նրանք նախ անցնում են մագնիսական դաշտով, որն ընտրում է ցանկալի էներգետիկ վիճակ ունեցող ատոմները. նրանք այնուհետև անցնում են ինտենսիվ միկրոալիքային դաշտով: Միկրոալիքային էներգիայի հաճախականությունը հետ ու առաջ ցատկում է հաճախությունների նեղ միջակայքում, այնպես որ որոշակի կետում այն ​​հասնում է 9,192,631,770 հերց հաճախականության (Հց կամ ցիկլեր մեկ վայրկյանում): Միկրոալիքային թրթռիչի տիրույթն արդեն մոտ է այս հաճախականությանը, քանի որ այն արտադրվում է բյուրեղյա ճշգրիտ տատանիչի միջոցով: Երբ ցեզիումի ատոմը ստանում է ցանկալի հաճախականության միկրոալիքային էներգիա, այն փոխում է իր էներգետիկ վիճակը:

Խողովակի վերջում մեկ այլ մագնիսական դաշտ առանձնացնում է ատոմները, որոնք փոխել են իրենց էներգետիկ վիճակը, եթե միկրոալիքային դաշտը ճիշտ հաճախականության է: Խողովակի վերջում գտնվող դետեկտորն արտադրում է ելքային ազդանշան, որը համաչափ է դրան հարվածող ցեզիումի ատոմների թվին և հասնում է առավելագույնի, երբ միկրոալիքային հաճախականությունը բավականաչափ ճիշտ է: Այս գագաթնակետային ազդանշանն անհրաժեշտ է ուղղման համար, որպեսզի բյուրեղյա տատանվողը, հետևաբար, միկրոալիքային դաշտը հասցվի ցանկալի հաճախականությանը: Այս արգելափակված հաճախականությունն այնուհետև բաժանվում է 9,192,631,770-ի, որպեսզի տա ծանոթ մեկ իմպուլս վայրկյանում, որն անհրաժեշտ է իրական աշխարհին:

Ե՞րբ է ստեղծվել ատոմային ժամացույցը:

1945 թվականին Կոլումբիայի համալսարանի ֆիզիկայի պրոֆեսոր Իսիդոր Ռաբին առաջարկեց ժամացույց, որը կարող էր ստեղծվել 1930-ականներին մշակված տեխնիկայի հիման վրա: Այն կոչվում էր ատոմային ճառագայթի մագնիսական ռեզոնանս։ 1949 թվականին Ստանդարտների ազգային բյուրոն հայտարարեց ամոնիակի մոլեկուլի հիման վրա աշխարհում առաջին ատոմային ժամացույցի ստեղծման մասին, որի թրթռումները կարդացվեցին, իսկ 1952 թվականին ստեղծեց աշխարհում առաջին ատոմային ժամացույցը՝ հիմնված ցեզիումի ատոմների վրա՝ NBS-1։

1955 թվականին Անգլիայի ազգային ֆիզիկական լաբորատորիան կառուցեց առաջին ժամացույցը՝ օգտագործելով ցեզիումի ճառագայթը որպես չափաբերման աղբյուր: Հաջորդ տասնամյակի ընթացքում ստեղծվեցին ավելի առաջադեմ ժամացույցներ: 1967 թվականին կշիռների և չափումների 13-րդ գլխավոր կոնֆերանսի ժամանակ SI երկրորդը որոշվեց ցեզիումի ատոմի թրթռումների հիման վրա։ Աշխարհի ժամաչափման համակարգում չկա ավելի ճշգրիտ սահմանում, քան սա: NBS-4-ը՝ աշխարհի ամենակայուն ցեզիումի ժամացույցը, ավարտվել է 1968 թվականին և օգտագործվել է մինչև 1990 թվականը։

1999 թվականին NBS-ը, որը վերանվանվեց NIST, սկսեց գործել NIST-F1 ժամացույցը, որը ճշգրիտ էր 20 միլիոն տարվա ընթացքում մեկ վայրկյանում:

Ինչպե՞ս է չափվում ատոմային ժամանակը:

Ցեզիումի մասնիկի ռեզոնանսի ճիշտ հաճախականությունն այսօր միջազգային պայմանագրով որոշված ​​է 9,192,631,770 հերց, ուստի ելքային ազդանշանը այս թվի վրա բաժանելը պետք է հանգեցնի 1 Հց կամ 1 ցիկլ վայրկյանում:

Ժամանակի չափման ճշգրտությունը միլիոն անգամ գերազանցում է աստղագիտական ​​մեթոդներին։ Այսօր ամեն հինգ միլիարդ տարին մեկ վայրկյան է կորցնում: