Jak atomové hodiny měří čas
Konstrukce atomových hodin obsahuje křemenný krystal: stahuje se a
Abyste pochopili, jak to funguje, musíte si pamatovatstruktura atomu. Ve středu je jádro, které je kladně nabité: kolem jsou záporně nabité elektrony, každý na své vlastní oběžné dráze. Navíc je každý z nich na specifické energetické úrovni, to znamená, že má určité množství energie díky přitahování k jádru.
Tuto úroveň lze změnit odeslánímvíce energie pro elektron, k tomu můžete například zahřát atom. Poté se elektron znovu vrátí na svoji úroveň a vzdá se přebytku ve formě záření. Na tomto záření je postaveno vše: má určitou frekvenci a připomíná kyvadlo v hodinách.
Atomové hodiny dnes mohou pracovat na atomech rubidia, stroncia, vodíku: princip se od toho nemění.
Konstrukce atomových hodin se neustále zdokonaluje, například byl vynalezen mechanismus, který každých několik set miliard let zaostává o jednu sekundu.
Bez atomových hodin nebude na Zemi a ve vesmíru žádná navigace
Atomové hodiny jsou potřeba především pro navigaci:GLONASS a GPS, protože tyto systémy určují časovou vzdálenost pro přenos signálu z bodu na Zemi na satelit a zpět. Hodinky se používají k měření vzdálenosti mezi objekty na základě toho, jak dlouho trvá, než se signál dostane z bodu A do bodu B.
V současnosti navigace používá atomové hodiny na Zemi o velikosti ledničky, aby přesně určila polohu kosmické lodi.
Může trvat déle než hodinu, než signál dosáhne kosmické lodi a vrátí se na Zemi.
Z těchto údajů se vypočítají souřadnice a instrukce: jsou poslány zpět do kosmické lodi.
Pokud má kosmická loď na palubě vlastní hodiny, bude schopna vypočítat vlastní trajektorii. To vám umožní cestovat dále a bezpečně přepravovat lidi na jiné planety.
Zjistěte vzdálenost mezi planetami pomocí atomových hodin
Hlavním odběratelem atomových hodin jsou ale astronomové. Pomocí atomových hodin měří obrovské vzdálenosti ve vesmíru a určují, jak daleko jsme od konkrétní planety nebo asteroidu.
K tomu vyšlou signál a opraví čas jeho návratu. Pokud je chyba byť jen na vteřinu, pak můžete ztratit přesnost asi tři sta tisíc kilometrů.
Jak vám atomové hodiny mohou pomoci najít temnou hmotu
Temná hmota může ovlivnit našiběžná záležitost a to musí mít následky. Jednou z nich může být změna konstanty jemné struktury, jedné ze základních fyzikálních konstant.
Konstanta jemné struktury je poměr rychlosti rotace elektronu v prvním orbitalu k rychlosti světla a je přibližně 0,007.
Vědci dříve věřili, že tato konstanta se vždy rovná stejné hodnotě, ale jak ukázaly nedávné objevy, může se mírně lišit.
Podle jedné teorie jsou temná hmota topologickými defekty ve vesmíru, které vznikly během velkého třesku. Mohou ovlivnit konstantu.
Vědci použili několik atomových hodin, takžeJak by měly defekty topologie působit na vzdálené objekty ve vesmíru, musí působit odlišně na různé hodiny oddělené v prostoru.
Pro zlepšení přesnosti autořikombinované hodiny pro zlepšení přesnosti do sítě čtyř zařízení, z nichž každé se nachází v jedné ze zemí: Polsku, USA, Japonsku a Francii. Data ze všech zařízení jsou kombinována pro analýzu topologických efektů.
Extrémně přesné atomové hodiny budou moci měřit zkreslení časoprostoru
Vědci věří, že dostatečně přesné atomové hodiny mohou sloužit jako nástroj pro měření toho, jak objekty v důsledku gravitace narušují okolní prostor.
Fyzici z Národního institutu pro standardy a technologie v Boulderu použili lasery a vytvořili provizorní past na atomy: vypadala jako několik velmi malých šálků.
Po vystavení laserovému paprsku správné frekvence tyto atomy naplní tisíce atomů yterbia a elektrony na oběžné dráze pohybují o jednu energetickou úroveň.
V takovém systému elektrony udělají vícekvadrilionové přechody. Jakmile je laser naladěn na „ideální“ frekvenci, začíná překlad informací z frekvence laserového záření do signálu, který může přijímat a dešifrovat elektronické zařízení, tedy samotné hodiny,.
Vědcům se podařilo vyladit laser tak, že nyní získaná data pomohou určit účinek gravitace na samotný časoprostor.
Atomové hodiny jsou důležitým nástrojem měřenítakové pomíjivé množství jako čas. Bez něj nebude možné sledovat sebemenší změny pozemského času ani měřit vzdálenost k sousedním planetám a galaxiím.
A v budoucnosti se atomové hodiny stanou nepostradatelnými pro kolonizaci planet a studium temné hmoty.
Je ale nepravděpodobné, že by se někdy staly pomůckou pro domácnost.
Přečtěte si více:
Země se začala otáčet rychleji: proč se to děje a hrozí nebezpečí?
Potomci přeživších možného asteroidového pádu zvířat stále žijí na Zemi
Fyzici ochladili atomy na nejnižší teplotu na světě