นาฬิกาอะตอมวัดเวลาอย่างไร
В конструкции атомных часов есть кварцевый кристалл: он сжимается и
Чтобы понять, как это работает, нужно вспомнить строение атома. В центре есть ядро, которое заряжено положительно: вокруг находятся заряженные отрицательно электроны, каждый на своей орбите. При этом каждый из них находится на конкретном энергетическом уровне, то есть имеет то или иное количество энергии за счет притяжения к ядру.
ระดับนี้สามารถเปลี่ยนได้โดยการส่งพลังงานให้กับอิเล็กตรอนมากขึ้น ตัวอย่างเช่น คุณสามารถทำให้อะตอมร้อน จากนั้นอิเล็กตรอนจะกลับสู่ระดับของมันอีกครั้งและปล่อยส่วนเกินในรูปของรังสี ทุกอย่างถูกสร้างขึ้นจากการแผ่รังสีนี้ มันมีความถี่ที่แน่นอนและคล้ายกับลูกตุ้มในนาฬิกา
วันนี้ นาฬิกาอะตอมสามารถทำงานกับอะตอมของรูบิเดียม สตรอนเทียม ไฮโดรเจน: หลักการนี้ไม่เปลี่ยนแปลงไปจากนี้
การออกแบบนาฬิกาอะตอมได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง ตัวอย่างเช่น มีการประดิษฐ์กลไกที่ล่าช้าไปหนึ่งวินาทีทุกๆ หลายแสนล้านปี
หากไม่มีนาฬิกาอะตอม โลกและในอวกาศก็ไม่มีทิศทาง
นาฬิกาอะตอมจำเป็นสำหรับการนำทางเป็นหลัก:GLONASS และ GPS เนื่องจากระบบเหล่านี้จะกำหนดระยะทางในเวลาสำหรับสัญญาณที่จะเดินทางจากจุดหนึ่งบนโลกไปยังดาวเทียมและย้อนกลับ นาฬิกาใช้เพื่อวัดระยะห่างระหว่างวัตถุตามระยะเวลาที่สัญญาณเดินทางจากจุด A ไปยังจุด B
В настоящее время для навигации, чтобы точно определить местоположение космического корабля, используются атомные часы на Земле размером с холодильник.
Может пройти больше часа, пока сигнал дойдет до космического корабля и вернется на Землю.
По этим данным вычисляются координаты и инструкции: их отправляют обратно на космический корабль.
หากยานอวกาศมีนาฬิกาบนยาน มันก็จะคำนวณวิถีของมันเองได้ ซึ่งจะทำให้คุณสามารถเดินทางได้ไกลขึ้นและขนส่งผู้คนไปยังดาวดวงอื่นได้อย่างปลอดภัย
Узнать расстояние между планетами с помощью атомных часов
Но основной заказчик атомных часов — астрономы. Они используют атомные часы, чтобы измерять огромные расстояния в космосе и определять, сколько нас отделяет от определенной планеты или астероида.
เมื่อต้องการทำเช่นนี้ พวกเขาส่งสัญญาณและบันทึกเวลาของการกลับมา หากข้อผิดพลาดเกิดขึ้นแม้เพียงวินาทีเดียว คุณอาจสูญเสียความแม่นยำไปประมาณสามแสนกิโลเมตร
นาฬิกาอะตอมช่วยคุณค้นหาสสารมืดได้อย่างไร
Темная материя может воздействовать на нашу обычную материю и у этого должны быть последствия. Одним из них может быть изменение постоянной тонкой структуры, одной из фундаментальных физических констант.
Постоянная тонкой структуры — это отношение скорости вращения электрона на первой орбитали к скорости света, и она равна примерно 0,007.
Ученые ранее считали, что эта константа всегда равна одной и той же величине, но, как показали недавние открытия она может незначительно меняться.
По одной из теорий, темная материя — это топологические дефекты пространства, возникшие во время Большого взрыва. Они могут повлиять на постоянную.
Ученые использовали несколько атомных часов, так как дефекты топологии должны действовать на отдаленные предметы в пространстве по-разному должны действовать на разные часы, разнесенные в пространстве.
Для того, чтобы повысить точность, авторы объединили часы для повышения точности в сеть из четырех устройств, каждое находилось в одной из стран: в Польше, США, Японии и Франции. Данные от всех устройств сводятся вместе, чтобы анализировать топологические эффекты.
นาฬิกาอะตอมที่แม่นยำเป็นพิเศษจะสามารถวัดการบิดเบือนของกาลอวกาศได้
นักวิทยาศาสตร์มั่นใจว่านาฬิกาอะตอมที่แม่นยำเพียงพอสามารถใช้เป็นเครื่องมือในการวัดว่าวัตถุบิดเบือนพื้นที่โดยรอบได้อย่างไรเนื่องจากแรงโน้มถ่วง
Физики из Национального института стандартов и технологий в Боулдере использовали лазеры и создали импровизированную ловушку для атомов: она выглядела как несколько очень маленьких чашек.
อะตอมอิตเทอร์เบียมหลายพันอะตอมเติมถ้วยเหล่านี้เมื่อสัมผัสกับลำแสงเลเซอร์ที่มีความถี่ที่ถูกต้อง และอิเล็กตรอนในวงโคจรจะเคลื่อนที่หนึ่งระดับพลังงาน
ในระบบดังกล่าว อิเล็กตรอนจะทำได้มากกว่าการเปลี่ยนแปลงสี่พันล้านครั้ง ทันทีที่ปรับเลเซอร์เป็นความถี่ "ในอุดมคติ" การแปลข้อมูลจากความถี่ของการแผ่รังสีเลเซอร์เป็นสัญญาณที่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สามารถรับและถอดรหัสได้ ซึ่งก็คือนาฬิกานั่นเอง
นักวิทยาศาสตร์สามารถปรับแต่งเลเซอร์ได้ ดังนั้นตอนนี้ข้อมูลที่ได้รับจะช่วยกำหนดผลกระทบของแรงโน้มถ่วงต่อกาลอวกาศเอง
Атомные часы — это важный инструмент измерения такой эфемерной величины как время. Без него не получится отследить малейшие изменения в земном времени или измерить расстояние до соседних планет и галактик.
และในอนาคต นาฬิกาอะตอมจะกลายเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้สำหรับการตั้งรกรากของดาวเคราะห์และการศึกษาสสารมืด
แต่พวกเขาไม่น่าจะกลายเป็นอุปกรณ์ในครัวเรือน
อ่านเพิ่มเติม:
โลกเริ่มหมุนเร็วขึ้น: ทำไมสิ่งนี้ถึงเกิดขึ้นและมีอันตราย
ทายาทของผู้รอดชีวิตจากดาวเคราะห์น้อยที่อาจร่วงหล่นของสัตว์ยังคงมีชีวิตอยู่บนโลก
นักฟิสิกส์ได้ทำให้อะตอมเย็นลงจนถึงอุณหภูมิที่ต่ำที่สุดในโลก