كيف تقيس الساعة الذرية الوقت
يحتوي تصميم الساعات الذرية على بلورة الكوارتز: فهي تنقبض و
لفهم كيف يعمل هذا، عليك أن تتذكرهيكل الذرة. يوجد في المركز نواة موجبة الشحنة، وحولها إلكترونات سالبة الشحنة، كل منها في مداره الخاص. علاوة على ذلك، فإن كل منها عند مستوى طاقة محدد، أي أنها تمتلك قدرًا معينًا من الطاقة بسبب انجذابها 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، تستخدم الملاحة ساعات ذرية بحجم الثلاجة على الأرض لتحديد موقع المركبة الفضائية.
وقد يستغرق الأمر أكثر من ساعة حتى تصل الإشارة إلى المركبة الفضائية وتعود إلى الأرض.
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.
معرفة المسافة بين الكواكب باستخدام الساعات الذرية
لكن العميل الرئيسي للساعات الذرية هو علماء الفلك. يستخدمون الساعات الذرية لقياس المسافات الشاسعة في الفضاء وتحديد مدى 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
المادة المظلمة قد تؤثر على أجسامناأمر عادي وهذا يجب أن يكون له عواقب. أحدها قد يكون تغيرًا في ثابت البنية الدقيقة، وهو أحد الثوابت الفيزيائية الأساسية.
ثابت البنية الدقيقة هو نسبة سرعة دوران الإلكترون في المدار الأول إلى سرعة الضوء، وهي تساوي 0.007 تقريبًا.
وكان العلماء يعتقدون سابقًا أن هذا الثابت يساوي دائمًا نفس القيمة، ولكن كما أظهرت الاكتشافات الحديثة، فإنه يمكن أن يختلف قليلاً.
وفقًا لإحدى النظريات، فإن المادة المظلمة هي عيوب طوبولوجية في الفضاء نشأت أثناء الانفجار الكبير. يمكن أن تؤثر على الثابت.
لقد استخدم العلماء عدة ساعات ذريةكيف يجب أن تعمل عيوب الطوبولوجيا على الأجسام البعيدة في الفضاء، يجب أن تتصرف بشكل مختلف على الساعات المختلفة المنفصلة في الفضاء.
لتحسين الدقة، المؤلفونتم دمج الساعات لتحسين الدقة في شبكة مكونة من أربعة أجهزة، يقع كل منها في إحدى الدول: بولندا والولايات المتحدة الأمريكية واليابان وفرنسا. يتم دمج البيانات من جميع الأجهزة 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 وأنشأوا مصيدة مؤقتة للذرات: كانت تبدو مثل 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.
الساعات الذرية هي أداة قياس مهمةمثل هذه الكمية سريعة الزوال مثل الوقت. وبدونها، لن يكون من الممكن تتبع أدنى التغيرات في توقيت 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