Cum măsoară timpul un ceas atomic
Designul ceasurilor atomice conține un cristal de cuarț: se contractă și
Pentru a înțelege cum funcționează, trebuie să vă amintițistructura atomului. În centru se află un nucleu încărcat pozitiv: în jur sunt electroni încărcați negativ, fiecare pe orbită proprie. Mai mult, fiecare dintre ele se află la un anumit nivel energetic, adică are o anumită cantitate de energie datorită atracției către nucleu.
Этот уровень можно изменить, если послать mai multă energie către electron, pentru aceasta puteți, de exemplu, încălzi atomul. Apoi, electronul va reveni la nivelul său și va renunța la excesul sub formă de radiație. Totul este construit pe această radiație: are o anumită frecvență și seamănă cu un pendul într-un ceas.
Astăzi, ceasurile atomice pot funcționa pe atomi de rubidiu, stronțiu, hidrogen: principiul nu se schimbă de la acesta.
Proiectarea ceasurilor atomice este în mod constant îmbunătățită, de exemplu, a fost inventat un mecanism care rămâne în urmă cu o secundă la fiecare câteva sute de miliarde de ani.
Fără un ceas atomic, nu va exista navigație pe Pământ și în spațiu
Ceasul atomic este necesar în primul rând pentru navigație:GLONASS și GPS, deoarece aceste sisteme determină distanța în timp pentru ca un semnal să călătorească dintr-un punct de pe Pământ către un satelit și înapoi. Un ceas este folosit pentru a măsura distanța dintre obiecte în funcție de cât durează un semnal pentru a călători de la punctul A la punctul B.
În prezent, navigația folosește ceasuri atomice de dimensiunile unui frigider de pe Pământ pentru a indica locația unei nave spațiale.
Poate dura mai mult de o oră pentru ca semnalul să ajungă la navă și să se întoarcă pe Pământ.
Din aceste date se calculează coordonatele și instrucțiunile: sunt trimise înapoi la navă spațială.
Dacă nava spațială are propriul ceas la bord, va putea să-și calculeze propria traiectorie. Acest lucru vă va permite să călătoriți mai departe și să transportați în siguranță oamenii pe alte planete.
Aflați distanța dintre planete folosind ceasurile atomice
Dar principalul client al ceasurilor atomice sunt astronomii. Ei folosesc ceasuri atomice pentru a măsura distanțe mari în spațiu și pentru a determina cât de departe suntem de o anumită planetă sau asteroid.
Pentru a face acest lucru, ei trimit un semnal și înregistrează ora întoarcerii acestuia. Dacă eroarea este egală pentru o secundă, atunci puteți pierde aproximativ trei sute de mii de kilometri de precizie.
Cum vă poate ajuta un ceas atomic să găsiți materia întunecată
Materia întunecată ne poate afectamaterie obișnuită și aceasta trebuie să aibă consecințe. Una dintre ele poate fi o modificare a constantei structurii fine, una dintre constantele fizice fundamentale.
Constanta structurii fine este raportul dintre viteza de rotație a electronului în primul orbital și viteza luminii și este de aproximativ 0,007.
Oamenii de știință credeau anterior că această constantă este întotdeauna egală cu aceeași valoare, dar, după cum au arătat descoperirile recente, poate varia ușor.
Potrivit unei teorii, materia întunecată este defecte topologice în spațiu care au apărut în timpul Big Bang-ului. Ele pot afecta constanta.
Oamenii de știință au folosit mai multe ceasuri atomice, deciModul în care defectele de topologie ar trebui să acționeze asupra obiectelor îndepărtate din spațiu trebuie să acționeze diferit pe diferite ceasuri separate în spațiu.
Pentru a îmbunătăți acuratețea, autoriiceasuri combinate pentru a îmbunătăți acuratețea într-o rețea de patru dispozitive, fiecare situat într-una dintre țările: Polonia, SUA, Japonia și Franța. Datele de la toate dispozitivele sunt combinate pentru a analiza efectele topologice.
Ceasul atomic ultra-precis va putea măsura distorsiunea spațiului-timp
Oamenii de știință sunt încrezători că un ceas atomic suficient de precis poate servi drept instrument pentru măsurarea modului în care obiectele, din cauza gravitației, distorsionează spațiul înconjurător.
Fizicienii de la Institutul Național de Standarde și Tehnologie din Boulder au folosit lasere și au creat o capcană improvizată pentru atomi: arăta ca câteva cupe foarte mici.
Mii de atomi de yterter umplu aceste cupe atunci când sunt expuși la un fascicul laser cu frecvența corectă, iar electronii pe orbită mișcă un nivel de energie.
Într-un astfel de sistem, electronii vor face mai multtranziții de patru miliarde. De îndată ce laserul este reglat la frecvența „ideală”, începe translația informațiilor din frecvența radiației laser într-un semnal care poate fi recepționat și descifrat de un dispozitiv electronic, adică chiar ceasul.
Oamenii de știință au reușit să regleze laserul, astfel încât acum datele obținute vor ajuta la determinarea efectului gravitației asupra spațiului-timp în sine.
Ceasurile atomice sunt un instrument important de măsurareo cantitate atât de efemeră ca timpul. Fără ea, nu va fi posibilă urmărirea celor mai mici schimbări în timpul Pământului sau măsurarea distanței până la planetele și galaxiile învecinate.
Și în viitor, ceasurile atomice vor deveni indispensabile pentru colonizarea planetelor și studiul materiei întunecate.
Dar este puțin probabil să devină vreodată un obiect de uz casnic.
Citeste mai mult:
Pământul a început să se rotească mai repede: de ce se întâmplă acest lucru și există un pericol
Descendenții supraviețuitorilor unei eventuale căderi de animale de asteroid trăiesc încă pe Pământ
Fizicienii au răcit atomii la cea mai scăzută temperatură din lume