Πώς ένα ατομικό ρολόι μετρά το χρόνο
Ο σχεδιασμός των ατομικών ρολογιών περιέχει έναν κρύσταλλο χαλαζία: συστέλλεται και
Για να καταλάβετε πώς λειτουργεί αυτό, πρέπει να θυμάστεδομή του ατόμου. Στο κέντρο υπάρχει ένας πυρήνας που είναι θετικά φορτισμένος: γύρω υπάρχουν αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια, το καθένα στη δική του τροχιά. Επιπλέον, καθένα από αυτά βρίσκεται σε ένα συγκεκριμένο ενεργειακό επίπεδο, δηλαδή έχει ένα ορισμένο ποσό ενέργειας λόγω έλξης στον πυρήνα.
Αυτό το επίπεδο μπορεί να αλλάξει με αποστολήπερισσότερη ενέργεια στο ηλεκτρόνιο, για αυτό μπορείτε, για παράδειγμα, να θερμάνετε το άτομο. Στη συνέχεια, το ηλεκτρόνιο θα επιστρέψει ξανά στο επίπεδο του και θα εγκαταλείψει την περίσσεια με τη μορφή ακτινοβολίας. Τα πάντα είναι χτισμένα πάνω σε αυτήν την ακτινοβολία: έχει μια συγκεκριμένη συχνότητα και μοιάζει με ένα εκκρεμές σε ένα ρολόι.
Σήμερα, τα ατομικά ρολόγια μπορούν να λειτουργήσουν σε άτομα ρουβιδίου, στροντίου, υδρογόνου: η αρχή δεν αλλάζει από αυτό.
Ο σχεδιασμός των ατομικών ρολογιών βελτιώνεται συνεχώς, για παράδειγμα, εφευρέθηκε ένας μηχανισμός που υστερεί κατά ένα δευτερόλεπτο κάθε αρκετές εκατοντάδες δισεκατομμύρια χρόνια.
Χωρίς ατομικό ρολόι, δεν θα υπάρχει πλοήγηση στη Γη και στο διάστημα
Το ατομικό ρολόι χρειάζεται κυρίως για την πλοήγηση:GLONASS και GPS, δεδομένου ότι αυτά τα συστήματα καθορίζουν την απόσταση στο χρόνο για να ταξιδέψει ένα σήμα από ένα σημείο της Γης σε έναν δορυφόρο και πίσω. Ένα ρολόι χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της απόστασης μεταξύ αντικειμένων με βάση τον χρόνο που χρειάζεται για να ταξιδέψει ένα σήμα από το σημείο Α στο σημείο Β.
Επί του παρόντος, η πλοήγηση χρησιμοποιεί ατομικά ρολόγια μεγέθους ψυγείου στη Γη για να εντοπίσει τη θέση ενός διαστημικού σκάφους.
Μπορεί να χρειαστεί περισσότερο από μία ώρα για να φτάσει το σήμα στο διαστημόπλοιο και να επιστρέψει στη Γη.
Από αυτά τα δεδομένα υπολογίζονται οι συντεταγμένες και οι οδηγίες: αποστέλλονται πίσω στο διαστημόπλοιο.
Εάν το διαστημόπλοιο έχει το δικό του ρολόι επί του σκάφους, θα είναι σε θέση να υπολογίσει τη δική του τροχιά. Αυτό θα σας επιτρέψει να ταξιδέψετε περαιτέρω και να μεταφέρετε με ασφάλεια ανθρώπους σε άλλους πλανήτες.
Μάθετε την απόσταση μεταξύ των πλανητών χρησιμοποιώντας ατομικά ρολόγια
Αλλά ο κύριος πελάτης των ατομικών ρολογιών είναι οι αστρονόμοι. Χρησιμοποιούν ατομικά ρολόγια για να μετρήσουν τεράστιες αποστάσεις στο διάστημα και να καθορίσουν πόσο μακριά είμαστε από έναν συγκεκριμένο πλανήτη ή αστεροειδή.
Για να γίνει αυτό, στέλνουν ένα σήμα και καταγράφουν τον χρόνο επιστροφής του. Εάν το σφάλμα είναι έστω και για ένα δευτερόλεπτο, τότε μπορείτε να χάσετε περίπου τριακόσιες χιλιάδες χιλιόμετρα σε ακρίβεια.
Πώς ένα ατομικό ρολόι μπορεί να σας βοηθήσει να βρείτε σκοτεινή ύλη
Η σκοτεινή ύλη μπορεί να μας επηρεάσεισυνηθισμένη υπόθεση και αυτό πρέπει να έχει συνέπειες. Ένα από αυτά μπορεί να είναι μια αλλαγή στη σταθερά της λεπτής δομής, μια από τις θεμελιώδεις φυσικές σταθερές.
Η σταθερά της λεπτής δομής είναι ο λόγος της ταχύτητας περιστροφής του ηλεκτρονίου στο πρώτο τροχιακό προς την ταχύτητα του φωτός και είναι περίπου 0,007.
Οι επιστήμονες πίστευαν προηγουμένως ότι αυτή η σταθερά είναι πάντα ίση με την ίδια τιμή, αλλά, όπως έδειξαν πρόσφατες ανακαλύψεις, μπορεί να διαφέρει ελαφρώς.
Σύμφωνα με μια θεωρία, η σκοτεινή ύλη είναι τοπολογικά ελαττώματα στο διάστημα που προέκυψαν κατά τη Μεγάλη Έκρηξη. Μπορούν να επηρεάσουν τη σταθερά.
Οι επιστήμονες έχουν χρησιμοποιήσει πολλά ατομικά ρολόγια, έτσιΟ τρόπος με τον οποίο τα ελαττώματα της τοπολογίας πρέπει να ενεργούν σε μακρινά αντικείμενα στο διάστημα πρέπει να ενεργούν διαφορετικά σε διαφορετικά ρολόγια που χωρίζονται στο διάστημα.
Για τη βελτίωση της ακρίβειας, οι συγγραφείςσυνδύασε ρολόγια για να βελτιώσει την ακρίβεια σε ένα δίκτυο τεσσάρων συσκευών, καθεμία που βρίσκεται σε μία από τις χώρες: Πολωνία, ΗΠΑ, Ιαπωνία και Γαλλία. Τα δεδομένα από όλες τις συσκευές συνδυάζονται για την ανάλυση τοπολογικών επιδράσεων.
Το εξαιρετικά ακριβές ατομικό ρολόι θα μπορεί να μετρήσει την παραμόρφωση του χωροχρόνου
Οι επιστήμονες είναι πεπεισμένοι ότι ένα αρκετά ακριβές ατομικό ρολόι μπορεί να χρησιμεύσει ως εργαλείο για τη μέτρηση του τρόπου με τον οποίο τα αντικείμενα, λόγω της βαρύτητας, παραμορφώνουν τον περιβάλλοντα χώρο.
Οι φυσικοί στο Εθνικό Ινστιτούτο Προτύπων και Τεχνολογίας στο Boulder χρησιμοποίησαν λέιζερ και δημιούργησαν μια αυτοσχέδια παγίδα για τα άτομα: έμοιαζε με πολλά πολύ μικρά κύπελλα.
Χιλιάδες άτομα υτερβίου γεμίζουν αυτά τα κύπελλα όταν εκτίθενται σε μια ακτίνα λέιζερ της σωστής συχνότητας και τα ηλεκτρόνια σε τροχιά κινούν ένα επίπεδο ενέργειας.
Σε ένα τέτοιο σύστημα, τα ηλεκτρόνια θα κάνουν περισσότερατέσσερις εκατομμύρια μεταβάσεις. Μόλις το λέιζερ ρυθμιστεί στην "ιδανική" συχνότητα, ξεκινά η μετάφραση πληροφοριών από τη συχνότητα της ακτινοβολίας λέιζερ σε σήμα που μπορεί να ληφθεί και να αποκρυπτογραφηθεί από μια ηλεκτρονική συσκευή, δηλαδή το ίδιο το ρολόι.
Οι επιστήμονες μπόρεσαν να συντονίσουν το λέιζερ έτσι ώστε τώρα τα δεδομένα που θα ληφθούν να βοηθήσουν στον προσδιορισμό της επίδρασης της βαρύτητας στον ίδιο τον χωροχρόνο.
Τα ατομικά ρολόγια είναι ένα σημαντικό εργαλείο μέτρησηςμια τόσο εφήμερη ποσότητα όπως ο χρόνος. Χωρίς αυτό, δεν θα είναι δυνατό να παρακολουθήσουμε τις παραμικρές αλλαγές στον χρόνο της Γης ή να μετρήσουμε την απόσταση από γειτονικούς πλανήτες και γαλαξίες.
Και στο μέλλον, τα ατομικά ρολόγια θα γίνουν απαραίτητα για τον αποικισμό των πλανητών και τη μελέτη της σκοτεινής ύλης.
Αλλά είναι απίθανο να γίνουν ποτέ οικιακό gadget.
Διαβάστε περισσότερα:
Η γη άρχισε να περιστρέφεται πιο γρήγορα: γιατί συμβαίνει αυτό και υπάρχει κίνδυνος
Οι απόγονοι των επιζώντων μιας πιθανής πτώσης αστεροειδών ζώων ζουν ακόμη στη Γη
Οι φυσικοί έχουν ψύξει τα άτομα στη χαμηλότερη θερμοκρασία στον κόσμο