Ako atómové hodiny merajú čas
Dizajn atómových hodín obsahuje kryštál kremeňa: sťahuje sa a
Aby ste pochopili, ako to funguje, musíte si pamätaťštruktúra atómu. V strede je jadro, ktoré je kladne nabité: okolo sú negatívne nabité elektróny, každý na svojej vlastnej obežnej dráhe. Navyše, každý z nich je na určitej energetickej úrovni, to znamená, že má určité množstvo energie v dôsledku priťahovania k jadru.
Túto úroveň je možné zmeniť odoslanímviac energie pre elektrón, na to môžete napríklad zahriať atóm. Potom sa elektrón opäť vráti na svoju úroveň a vzdá sa prebytku vo forme žiarenia. Všetko je postavené na tomto žiarení: má určitú frekvenciu a pripomína kyvadlo v hodinách.
Atómové hodiny dnes môžu pracovať na atómoch rubídia, stroncia, vodíka: princíp sa od toho nemení.
Dizajn atómových hodín sa neustále zdokonaľuje, napríklad bol vynájdený mechanizmus, ktorý každých niekoľko sto miliárd rokov zaostáva o jednu sekundu.
Bez atómových hodín nebude navigácia na Zemi ani vo vesmíre
Atómové hodiny sú potrebné predovšetkým na navigáciu:GLONASS a GPS, pretože tieto systémy určujú časovú vzdialenosť pre prenos signálu z bodu na Zemi na satelit a späť. Hodinky sa používajú na meranie vzdialenosti medzi objektmi na základe toho, ako dlho trvá prechod signálu z bodu A do bodu B.
V súčasnosti navigácia používa na určenie polohy kozmickej lode atómové hodiny na Zemi o veľkosti chladničky.
Môže trvať viac ako hodinu, kým signál dosiahne kozmickú loď a vráti sa na Zem.
Z týchto údajov sa vypočítajú súradnice a pokyny: posielajú sa späť do kozmickej lode.
Ak má kozmická loď na palube vlastné hodiny, bude schopná vypočítať vlastnú trajektóriu. To vám umožní cestovať ďalej a bezpečne prepravovať ľudí na iné planéty.
Zistite vzdialenosť medzi planétami pomocou atómových hodín
Hlavným odberateľom atómových hodín sú ale astronómovia. Pomocou atómových hodín merajú obrovské vzdialenosti vo vesmíre a určujú, ako ďaleko sme od konkrétnej planéty alebo asteroidu.
Aby to urobili, vyšlú signál a zaznamenajú čas jeho návratu. Ak je chyba čo len na sekundu, potom môžete stratiť presnosť asi tristotisíc kilometrov.
Ako vám atómové hodiny môžu pomôcť nájsť temnú hmotu
Temná hmota môže ovplyvniť našubežná vec a to musí mať následky. Jednou z nich môže byť zmena konštanty jemnej štruktúry, jednej zo základných fyzikálnych konštánt.
Konštanta jemnej štruktúry je pomer rýchlosti rotácie elektrónu na prvom orbitále k rýchlosti svetla a je približne 0,007.
Vedci predtým verili, že táto konštanta sa vždy rovná rovnakej hodnote, ale ako ukázali nedávne objavy, môže sa mierne líšiť.
Podľa jednej teórie sú temnou hmotou topologické defekty vo vesmíre, ktoré vznikli počas Veľkého tresku. Môžu ovplyvniť konštantu.
Vedci použili niekoľko atómových hodín, tzvTo, ako by mali defekty topológie pôsobiť na vzdialené objekty vo vesmíre, musí pôsobiť odlišne na rôzne hodiny oddelené v priestore.
Pre zlepšenie presnosti autorikombinované hodiny na zlepšenie presnosti do siete štyroch zariadení, z ktorých každé sa nachádza v jednej z krajín: Poľsku, USA, Japonsku a Francúzsku. Údaje zo všetkých zariadení sa kombinujú na analýzu topologických efektov.
Ultra presné atómové hodiny budú schopné merať skreslenie časopriestoru
Vedci sú presvedčení, že dostatočne presné atómové hodiny môžu slúžiť ako nástroj na meranie toho, ako objekty v dôsledku gravitácie deformujú okolitý priestor.
Fyzici z Národného inštitútu pre štandardy a technológie v Boulderi použili lasery a vytvorili provizórnu pascu na atómy: vyzeralo to ako niekoľko veľmi malých pohárov.
Po vystavení laserovému lúču správnej frekvencie tieto poháre naplnia tisíce atómov yterbia, pričom elektróny na obežnej dráhe pohybujú o jednu energetickú úroveň.
V takom systéme urobia elektróny viacštvormiliónové prechody. Hneď ako je laser naladený na „ideálnu“ frekvenciu, začne sa preklad informácií z frekvencie laserového žiarenia do signálu, ktorý môže prijímať a dešifrovať elektronické zariadenie, to znamená samotné hodiny.
Vedcom sa podarilo vyladiť laser tak, aby teraz získané údaje pomohli určiť vplyv gravitácie na samotný časopriestor.
Atómové hodiny sú dôležitým nástrojom meraniataké efemérne množstvo ako čas. Bez nej nebude možné sledovať najmenšie zmeny pozemského času ani merať vzdialenosť k susedným planétam a galaxiám.
A v budúcnosti sa atómové hodiny stanú nepostrádateľnými pre kolonizáciu planét a štúdium temnej hmoty.
Je však nepravdepodobné, že by sa niekedy stali pomôckou pre domácnosť.
Čítaj viac:
Zem sa začala otáčať rýchlejšie: prečo sa to deje a hrozí nebezpečenstvo?
Potomkovia pozostalých po možnom asteroidovom páde zvierat stále žijú na Zemi
Fyzici ochladili atómy na najnižšiu teplotu na svete