دعونا نتحقق من الساعة الذرية: لماذا يحتاج علم المستقبل إلى قياس الوقت بهذه الدقة؟

كيف تقيس الساعة الذرية الوقت

توجد بلورة كوارتز في بناء ساعة ذرية: إنها تتقلص وتتقلص

غير متماسكة ، هذه هي العملية التي تجعل الساعةالشغل. يتم التحكم في هذه العملية عن طريق الاهتزازات داخل الذرة. هذه الاهتزازات هي انتقالات دورية بين مستويات الطاقة المثارة والأرضية في الذرات.

لفهم كيفية عملها ، عليك أن تتذكرهيكل الذرة. يوجد في المركز نواة مشحونة إيجابياً: توجد إلكترونات سالبة الشحنة حولها ، كل منها في مدارها الخاص. علاوة على ذلك ، كل واحد منهم عند مستوى طاقة معين ، أي أنه يحتوي على قدر معين من الطاقة بسبب الانجذاب إلى النواة.

يمكن تغيير هذا المستوى عن طريق الإرسالالمزيد من الطاقة للإلكترون ، لذلك يمكنك ، على سبيل المثال ، تسخين الذرة. ثم يعود الإلكترون إلى مستواه مرة أخرى ويتخلى عن الفائض على شكل إشعاع. كل شيء مبني على هذا الإشعاع: له تردد معين ويشبه البندول في الساعة.

اليوم ، يمكن للساعات الذرية أن تعمل على ذرات الروبيديوم والسترونشيوم والهيدروجين: المبدأ لا يتغير من هذا.

يتم تحسين تصميم الساعات الذرية باستمرار ، على سبيل المثال ، تم اختراع آلية تتأخر بمقدار ثانية واحدة كل عدة مئات من مليارات السنين.

بدون ساعة ذرية ، لن يكون هناك ملاحة على الأرض وفي الفضاء

الساعة الذرية مطلوبة بشكل أساسي للملاحة:GLONASS و GPS ، لأن هذه الأنظمة تحدد المسافة الزمنية للإشارة للانتقال من نقطة على الأرض إلى القمر الصناعي والعكس. تُستخدم الساعة لقياس المسافة بين الأشياء بناءً على المدة التي تستغرقها الإشارة للانتقال من النقطة A إلى النقطة B.

حاليًا ، تُستخدم ساعة ذرية على الأرض بحجم ثلاجة للملاحة لتحديد موقع مركبة فضائية.

قد يستغرق وصول الإشارة إلى المركبة الفضائية والعودة إلى الأرض أكثر من ساعة.

من هذه البيانات ، يتم حساب الإحداثيات والتعليمات: يتم إرسالها مرة أخرى إلى المركبة الفضائية.

إذا كان للمركبة الفضائية ساعتها الخاصة على متنها ، فستكون قادرة على حساب مسارها الخاص. سيسمح لك ذلك بالسفر لمسافة أبعد وبنقل الناس بأمان إلى كواكب أخرى.

اكتشف المسافة بين الكواكب باستخدام الساعة الذرية

لكن الزبون الرئيسي للساعات الذرية هو علماء الفلك. يستخدمون ساعة ذرية لقياس المسافات الشاسعة في الفضاء وتحديد بعدنا عن كوكب أو كويكب معين.

للقيام بذلك ، يرسلون إشارة ويسجلون وقت عودتها. إذا كان الخطأ حتى لثانية واحدة ، فيمكنك أن تفقد حوالي ثلاثمائة ألف كيلومتر من الدقة.

كيف يمكن للساعة الذرية أن تساعدك في إيجاد المادة المظلمة

يمكن أن تؤثر المادة المظلمة لديناأمر عادي ويجب أن يكون لها عواقب. قد يكون أحدها تغييرًا في ثابت البنية الدقيقة ، وهو أحد الثوابت الفيزيائية الأساسية.

ثابت البنية الدقيقة هو نسبة سرعة دوران الإلكترون في المدار الأول إلى سرعة الضوء ، وهي تقارب 0.007.

اعتقد العلماء سابقًا أن هذا الثابت يساوي دائمًا نفس القيمة ، ولكن كما أظهرت الاكتشافات الحديثة ، فقد يتغير قليلاً.

وفقًا لإحدى النظريات ، فإن المادة المظلمة هي خلل طوبولوجي في الفضاء نشأ أثناء الانفجار العظيم. يمكن أن تؤثر على الثابت.

استخدم العلماء عدة ساعات ذرية ، لذلككيف يجب أن تعمل العيوب في الطوبولوجيا على الأشياء البعيدة في الفضاء بطرق مختلفة يجب أن تعمل على ساعات مختلفة ، متباعدة.

من أجل تحسين الدقة ، المؤلفينجمعت الساعة لتحسين الدقة في شبكة من أربعة أجهزة ، يقع كل منها في أحد البلدان: بولندا والولايات المتحدة الأمريكية واليابان وفرنسا. يتم تجميع البيانات من جميع الأجهزة معًا لتحليل التأثيرات الطوبولوجية.

ستكون الساعة الذرية فائقة الدقة قادرة على قياس تشوه الزمكان

العلماء واثقون من أن ساعة ذرية دقيقة بما فيه الكفاية يمكن أن تكون بمثابة أداة لقياس كيفية تشويه الأجسام ، بسبب الجاذبية ، للفضاء المحيط.

استخدم الفيزيائيون في المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا في بولدر أشعة الليزر لإنشاء مصيدة مؤقتة للذرات تبدو وكأنها عدة أكواب صغيرة جدًا.

تملأ الآلاف من ذرات الإيتربيوم هذه الأكواب عند تعرضها لشعاع ليزر ذي تردد صحيح ، وتحرك الإلكترونات في المدار مستوى طاقة واحدًا.

في مثل هذا النظام ، ستفعل الإلكترونات المزيدكوادريليون انتقالات. بمجرد ضبط الليزر على التردد "المثالي" ، تبدأ ترجمة المعلومات من تردد إشعاع الليزر إلى إشارة يمكن استقبالها وفك تشفيرها بواسطة جهاز إلكتروني ، أي الساعة ذاتها.

تمكن العلماء من ضبط الليزر بحيث تساعد البيانات التي تم الحصول عليها الآن في تحديد تأثير الجاذبية على الزمكان نفسه.

الساعة الذرية هي أداة قياس مهمةبمثل هذا الحجم الزائل مثل الزمن. بدونها ، لن يكون من الممكن تتبع أدنى تغيرات في وقت الأرض أو قياس المسافة إلى الكواكب والمجرات المجاورة.

وفي المستقبل ، ستصبح الساعات الذرية لا غنى عنها لاستعمار الكواكب ودراسة المادة المظلمة.

لكن من غير المحتمل أن تصبح أداة منزلية على الإطلاق.

قراءة المزيد:

بدأت الأرض تدور بشكل أسرع: لماذا يحدث هذا وهل هناك خطر

لا يزال أحفاد الناجين من سقوط كويكب محتمل للحيوانات يعيشون على الأرض

قام الفيزيائيون بتبريد الذرات إلى أدنى درجة حرارة في العالم