Которая сейчас наносекунда?

17

Самые точные современные часы, называемые атомными или квантовыми, способны измерять время с точностью до миллиардных долей секунды. Как же работают эти устройства?

Устройство атомных часов Устройство атомных часов Чтобы измерять время, необходима единица отсчета — некое регулярно повторяющееся событие. В глубокой древности люди ориентировались по смене времен года, дня и ночи, движению солнца, луны и других небесных тел. Первые рукотворные часы — солнечные — всего лишь делали наблюдение за светилом более удобным: в них тень от гномона (специального прутика) двигалась по нарисованному на плоской поверхности циферблату.

Божественная подсказка

Самые старые солнечные часы были обнаружены в Египте: они датируются XV в. до н. э.

Удивительно, но подобные не слишком точные приборы прослужили людям до XIV века, когда были изобретены механические часы. Конечно, за эти три тысячелетия были придуманы водяные, огненные и песочные механизмы. Однако, строго говоря, все они являются не часами, а хронометрами, так как способны только отмерять определенные временные промежутки.

Первые механические часы приводились в действие пружинами. Отсутствие системы с периодическими колебаниями не позволяло добиться от них высокой точности.

Только в 1656 году Христиан Гюйгенс изобрел маятниковые часы, у которых погрешность составляла всего одну минуту в сутки.

Наблюдая за тем, как раскачиваются под порывами ветра лампады в Пизанском соборе, Галилео Галилей заметил, что частота колебаний зависит не от их веса и формы, а только от длины цепей, на которых они подвешены. Его дальнейшие исследования в области колебаний помогли голландскому ученому Христиану Гюйгенсу разработать механизм маятниковых часов.

Еще более точные часы (до 0,3 с в месяц) появились в XX веке. В них в качестве колебательной системы был задействован кристалл кварца. Принцип работы кварцевых часов был представлен еще в 1929 году, однако первые модели появились только в 1970-х. К этому моменту планета уже несколько лет жила по атомному времени.

Девять миллиардов в секунду

С 1967 года и по сей день международная система единиц измерения СИ определяет секунду как промежуток времени, за который атом химического элемента цезия-133 совершает 9 192 631 770 переходов между двумя уровнями основного состояния. То есть часы, сверяющиеся с колебаниями атома цезия-133, способны выявить и скорректировать погрешность, которая составляет всего одну девятимиллиардную долю секунды (см. схему вверху). При такой точности отклонение в одну секунду грозит цезиевым часам не раньше, чем через 70–80 млн лет.

Но ученые продолжают работать над совершенствованием атомных часов. Последнее достижение в данной области принадлежит физикам из американского Национального института стандартов и технологий. Они использовали в атомных часах ионы алюминия, у которых частота переходов на три порядка выше, чем у цезия-133. У таких приборов погрешность в одну секунду накопится за 3,7 млрд лет.

Подобная высочайшая точность нужна прежде всего для различных научных исследований. Впрочем, весьма требовательны к измерению времени и многие другие сферы — например, системы спутниковой навигации GPS и ГЛОНАСС. Чем выше точность работы часов, тем меньше погрешность при определении координат объектов. Но и обычным людям требуется все более точная информация о времени, ведь темпы современной жизни непрерывно растут.

От барышни до NTP

Массово доступные службы точного времени стали появляться с распространением телефонной связи. Существовавшие ранее технологии передачи информации категорически не подходили для того, чтобы спросить у удаленного абонента, который час.

В России автоматическая служба точного времени впервые появилась в Москве 7 ноября 1937 года. До этого время можно было узнать у барышни-телефонистки, которая сверялась со своими наручными часами. Единый номер «100» служба получила в 1970-х годах (до этого москвичам нужно было набирать номер «Ж2-05-40»), а с 1993-го время стали сообщать с точностью не до минуты, а до десяти секунд.

Телефонная служба точного времени и сегодня работает в Москве и еще двух десятках российских городов и по-прежнему пользуется популярностью. Однако ее значимость как единственного достоверного источника подобной информации осталась в прошлом.

Ведь современные мобильные устройства способны получать данные о точном времени со спутников GPS, посредством запроса оператора или через Интернет. А ОС всех компьютеров при выходе в Сеть автоматически синхронизируют системное время с NTP-серверами. (Network Time Protocol — специализированный протокол передачи информации о времени. Одна из его главных особенностей — способность учитывать задержки передачи данных.) Ускоряется ритм жизни, вместе с чем трансформируется и представление о времени. И только одно остается неизменным: стрелки на циферблатах сегодня крутятся в том же направлении, что и тысячи лет назад, повторяя движение тени по солнечным часам в нашем северном полушарии.

ПОДЕЛИТЬСЯ


Предыдущая статьяПростые движения
Следующая статьяСчетчики XXI века
КОММЕНТАРИИ



    Загрузка...
    MEDIAMETRICS