A Matter of Time

Ατομικά ρολόγια

Ζούμε αυτήν την περίοδο στην εποχή του ατομικού χρόνου. Αυτό είναι το αποκορύφωμα ενός ονείρου των αμέτρητων αστρονόμων και επιστημόνων - για να είναι σε θέση τελικά να παρακολουθήσουν του χρόνου «τέλεια.» Ακόμη που είναι γνωστό και αποδεκτό ότι μπορούμε τώρα να μετρήσουμε το χρόνο σε ένα μικρό μέρος ενός δευτερολέπτου, είναι επίσης γνωστό και αποδεκτό ότι η γη ούτε περιστρέφεται στον άξονά της ούτε για τον ήλιο κατά τρόπο σταθερό. Λόγω των τελευταίων, θα πρέπει πάντα να ρυθμίσουμε το χρόνο μας να μην συμφωνήσουμε με τις γήινες μετακινήσεις ανεξάρτητα από το πόσο ακριβείς μπορούμε να μετρήσουμε το χρόνο. Διαφορετικά, δεδομένου ότι έχουμε συζητήσει στα προηγούμενα άρθρα, τα ημερολόγια και οι εποχές μας θα είναι κλειστά τελικά. Έτσι η ερώτηση μπορεί να τεθεί: θα μπορούσε να είναι εκείνος ο χρόνος όπως καταγράφεται τώρα να είναι πάρα πολύ τέλειος;

Η ερώτηση «τι ώρα είναι; » δεν μπορεί πλέον να απαντηθεί με το κοίταγμα στον ουρανό. Μερικοί όπως για whimsically να πουν ότι ο χρόνος είναι ο τρόπος την κατανέμουμε την αιωνιότητα ή ότι ο χρόνος είναι αυτό που δοκιμάζετε ενώ η άμμος παράλιων διατρέχει των δάχτυλών σας. Αλλά εάν είναι χρονικά πρότυπα που ψάχνετε, το νέο σπίτι για χρονικά πρότυπο στις Ηνωμένες Πολιτείες είναι το αμερικανικό ναυτικό παρατηρητήριο στην Ουάσιγκτον. Όταν το USNO άνοιξε το 1830, ο κύριος σκοπός του ήταν να παρακολουθήσει των περισσότερων από της πλοήγησης τα εργαλεία του ναυτικού. Έχει γίνει από τότε η κυβερνητική πηγή ακριβούς χρόνου (USNO), παρέχοντας τον ακριβή χρόνο στην κυβέρνηση και όλους τους κλάδους της υπηρεσίας μέσω του υπουργείου άμυνα. Είναι επίσης το κέντρο για να ακολουθήσει όλα τα συστήματα ΠΣΤ παγκοσμίως. Αυτήν την περίοδο, το USNO χρησιμοποιεί 61 ατομικά ρολόγια, μεταξύ άλλων, για να κρατήσει το χρόνο του ακριβή. Το να κοιτάμε τον χρόνο τόσο προσεχτικά είναι σημαντικό επειδή τα σύγχρονα ηλεκτρονικά συστήματα εξαρτώνται από τον ακριβή χρόνο να εργαστούν κατάλληλα. Παραδείγματος χάριν, της πλοήγησης τα συστήματα LORAN και τα συστήματα ΠΣΤ θα τοποθετούσαν ένα σώμα 10 πόδια από το σημάδι του για κάθε 10 ένας-billionths ενός δευτερολέπτου: ο χρόνος που είχαν κάνει λάθος.

Τα ατομικά ρολόγια δεν ονομάζονται επειδή τροφοδοτούνται από την ατομική ενέργεια αλλά επειδή χρησιμοποιούν ορισμένες ιδιότητες των ατόμων που μπορούν να μετρηθούν ακριβώς, χρησιμοποιούνται έπειτα για να καθορίσουν το χρόνο. Ο χρόνος μετριέται κυριολεκτικά βασισμένος στη συμπεριφορά των ατόμων ενός δεδομένου στοιχείου. Ο σήμερα ακριβής χρόνος, αυτήν την περίοδο είναι ο ακριβέστερος τρόπος πιθανός να μετρηθεί ο χρόνος, υπολογίζεται σύμφωνα με τις ταλαντώσεις του ατόμου καίσιο-133. Αν και όλα τα άτομα ταλαντεύονται ή δονούνται, μερικοί κάνουν τόσο τακτικότερα από άλλα. Το πρώτο ατομικό ρολόι, που βασίστηκε στην αμμωνία, χτίστηκε το 1949. Εντούτοις, έγινε σύντομα προφανές ότι το άτομο καίσιο-133 ταλαντεύτηκε συχνότερα (9.192.631.770 φορές ανά δευτερόλεπτο) και τακτικότερα από τα ατομικά ρολόγια αμμωνίου μορίων τόσο άρχισαν να χτίζονται το 1952 γύρω από το άτομο καισίου. Το 1967 η παγκόσμια διάσκεψη σχετικά με τα βάρη και τα μέτρα θέσπισε ότι τα παγκόσμια πρότυπα για τη μέτρηση του δεύτερου θα βασιζόταν τώρα στις δονήσεις του ατόμου καισίου. Τα ατομικά ρολόγια που χτίστηκαν το 1967 ήταν 1 δευτερόλεπτο από κάθε 1.4 εκατομμύρια έτη. Τα ατομικά ρολόγια που χτίστηκαν το 1999 ήταν 1 δευτερόλεπτο από κάθε 20 εκατομμύρια έτη. Αξίζει επίσης ότι αν και η χρήση τίποτα εκτός από το καίσιο δεν μπορεί να αναγνωριστεί διεθνώς, τα ατομικά ρολόγια μπορούν επίσης να χτιστούν χρησιμοποιώντας το υδρογόνο ή άλλα στοιχεία που μπορούν ίσως χαμηλότερος το γενικό κόστος.

Δύο από τα πιο τρέχοντα χρονικά πρότυπά μας (TAI και UTC) προέρχονται από αυτό το ατομικό σύστημα της μέτρησης. Τώρα το Bureau International des Poids et Measures είναι υπεύθυνο για την κράτηση και των δύο ατομικών χρονικών διαστημάτων όσο το δυνατόν ακριβέστερων με την κράτηση τους πολύ ευθύγραμμων με τη βασισμένη στο καίσιο μονάδα Si του δεύτερου. Το Si είναι μια σύντμηση για το διεθνές σύστημα των μονάδων, το οποίο διατηρεί τα πρότυπα για το χρόνο (δευτερόλεπτο), και πολλές άλλες μετρήσεις συμπεριλαμβανομένου του μήκους (μετρητής) και της μάζας (χιλιόγραμμο). Ο διεθνής ατομικός χρόνος (TAI) είναι το πρώτο από τα δύο χρονικά πρότυπα. Είναι βασισμένο στις πληροφορίες που συγκεντρώνονται από την παρατήρηση ότι το καίσιο ταλαντεύεται στις εκατοντάδες των ρολογιών στην ίδια στιγμή εγκαίρως στα εργαστήρια παγκοσμίως.

Αυτές οι πληροφορίες διοχετεύονται σε μια κεντρική θέση όπου συντάσσονται και χρησιμοποιούνται για να ρυθμίσουν τη διάβαση του χρόνου κάτω στο νανοδευτερόλεπτο. Δεδομένου ότι το TAI είναι τόσο ομοιόμορφο και unwavering, δεν αποτελεί τις παραλλαγές στην περιστροφή της γης. Επομένως καθολικός χρόνος (UTC), που είναι το δεύτερο χρονικό πρότυπο και αυτό που υιοθετείται συνήθως από τους πολίτες σε όλο τον κόσμο, έχει προέλθει από το διεθνή ατομικό χρόνο (TAI). Αυτό που βρίσκει τον καθολικό χρόνο (UTC) διαφορετικό είναι ο συνυπολογισμός των δευτερολέπτων πηδήματος, τα οποία επιτρέπουν τον ατομικό χρόνο να διενεργηθούν οι προσαρμογές στο ειδάλλως σταθερό ποσοστό του χάριν της ευθυγράμμισης με τη γήινη περιστροφή στον άξονά του και για τον ήλιο.

Το 2002, το Ηνωμένο εθνικό ίδρυμα προτύπων και της τεχνολογίας (NIST) έχτισαν ένα ρολόι που δεν θα ήταν κλειστό από περισσότερα από 30 δισεκατομμύριο δευτερόλεπτο για το ολόκληρο έτος. Αυτό οφειλόταν πιθανός στην αρχή πηγών, που ονομάστηκε για την πηγή όπως την κίνηση των ατόμων καισίου σχετικών. Εφαρμόστηκε για πρώτη φορά στο nist-F1 ατομικό ρολόι στο Κολοράντο. Αυτό το ρολόι NIST είναι μεταξύ ενός από τον ακριβέστερο στον κόσμο, με ένα ελάττωμα τόσο χαμηλό που το ρολόι δεν θα κέρδιζε ή δεν θα έχανε περισσότερο από ένα δευτερόλεπτο κάθε εξήντα εκατομμύριο έτη. Τώρα μπορείτε σαφώς να δείτε γιατί, ακόμα κι αν οι ρωγμές στις γήινες περιστροφές είναι σχετικά μικρές από την προοπτική μας, ρυθμίσεις στον τρόπο που παρόν στο κοινό απαιτούμαστε για να προσαρμόσουμε για αυτές τις φυσικές ρωγμές.

Υπάρχουν πάνω από εξήντα όργανα παγκοσμίως όπως NIST, όλα που προσπαθούν να αναπτύξουν μια timekeeping συσκευή που είναι 100% ακριβές. Μαζί, οι Ηνωμένες Πολιτείες, η Γαλλία, χώρες που κρατούν τα εθνικά εργαστήρια για τη μελέτη της χρονικής μέτρησης, και όλες τις χώρες που adhere σε UTC, διαμορφώνουν έναν δεσμό για να κάνουν αυτό το όνειρο να γίνει μια πραγματικότητα. Εάν όλοι εργαζόμαστε μαζί, ίσως ο ιδιοκτήτης σπιτιού θα έχει σύντομα τα ρολόγια που ρυθμίζουν αυτόματα για το χρόνο αποταμίευσης φωτός της ημέρας και ρυθμίζουν αυτόματα σε 100% τα ακριβή ατομικά ρολόγια μέσω των ράδιο κυμάτων. Οι διασκελισμοί που έχουμε κάνει τα τελευταία 50 χρόνια είναι μνημειακοί. Ποιος ξέρει τι θα μας φέρουν τα επόμενα 50 έτη.

Από την αρχή ^