Ceas atomic: istorie și modernitate

În trecut, în 2012, sa transformat patruzeci și cinci de ani de la momentul când omenirea a decis să utilizeze calendarul atomic pentru măsurarea cea mai precisă a timpului. În 1967, în International Sistemul SI categoria de timp a încetat să fie determinată de scalele astronomice - standardul de cesiu al frecvenței le-a înlocuit. A fost cel care a primit numele popular acum - ceasul atomic. Timpul exact în care ne permit să determinăm are o eroare nesemnificativă de o secundă, de trei milioane de ani, ceea ce ne permite să le folosim ca un standard de timp în orice parte a lumii.

Un pic de istorie

Ideea de a folosi vibrațiile atomilor pentru măsurarea exactă a timpului a fost exprimată pentru prima dată în 1879 de către fizicianul britanic William Thomson. În rolul emițătorului de rezonatori atomici, acest om de știință a sugerat utilizarea hidrogenului. Primele încercări de a realiza această idee în practică au fost făcute abia în anii `40. din secolul al XX-lea. Și primele ceasuri atomice de lucru din lume au apărut în 1955 în Marea Britanie. Creatorul lor a fost fizicianul experimentator britanic Dr. Louis Essen. Ceasul a lucrat pe baza vibrațiilor de atomi de cesiu-133 și datorită lor, oamenii de știință au reușit în cele din urmă să măsoare timpul cu o precizie mult mai mare decât înainte. Primul dispozitiv Essen a permis o eroare de cel mult o secundă pentru fiecare o sută de ani, dar ulterior acuratețea măsurătorilor eroarea sa înmulțit, iar eroarea pe secundă poate fi difuzată numai 2-3 milioane de ani.

Ceas atomic: principiul funcționării

Cum funcționează acest "dispozitiv" viclean? Ca generator de frecvență rezonantă, se utilizează un ceas atomic nivelurile de energie molecule sau atomi la nivelul cuantic. Mecanica cuantică stabilește legătura dintre sistemul "nucleul atomic - electroni" cu mai multe niveluri de energie discrete. Dacă un astfel de sistem este afectat câmpul electromagnetic cu o frecvență strict stabilită, atunci acest sistem va trece de la un nivel scăzut la un nivel ridicat. Este posibil și un proces invers: tranziția unui atom de la un nivel superior la unul inferior, însoțit de radiații de energie. Aceste fenomene pot fi controlate și fixate toate sarcinile de energie, creând ceva de genul unui circuit oscilant (se mai numește un oscilator atomic). Frecvența sa rezonantă va corespunde diferenței de energie a nivelelor învecinate ale tranziției atomice, împărțită de constanta Planck.

Un astfel de circuit oscilant are avantaje incontestabile în comparație cu predecesorii săi mecanici și astronomi. Pentru un astfel de oscilator atomic, frecvența rezonantă a atomilor oricărei substanțe va fi aceeași, ceea ce nu poate fi spus pentru pendulumuri și cristale piezoelectrice. În plus, atomii nu își schimbă proprietățile în timp și nu se uzează. Prin urmare, ceasul atomic este un cronometru extrem de precis și practic etern.

Timpul exact și tehnologiile moderne

Rețelele de telecomunicații, comunicațiile prin satelit, GPS-ul, serverele NTP, tranzacțiile electronice la bursă, licitațiile online, procedura de cumpărare a biletelor prin Internet - toate acestea și multe alte fenomene au fost mult timp înrădăcinate în viața noastră. Dar dacă omenirea nu ar fi inventat un ceas atomic, nu s-ar fi întâmplat. Timpul precis, sincronizarea cu care vă permite să minimalizați orice erori, întârzieri și întârzieri, permite unei persoane să profite la maximum de această resursă de neprețuit de neprețuit, care nu este niciodată prea mare.