Что понимают под атомным временем
Атомное время
Смотреть что такое «Атомное время» в других словарях:
атомное время — Время по шкале, в которой единица времени равна секунде Международной системы единиц. [ГОСТ 8.567 99] Тематики метрология, основные понятия Обобщающие термины измерения времени … Справочник технического переводчика
атомное время — atominis laikas statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Ypač tiksli ir tolydi laiko matavimo skalė, kurios pagrindinis matavimo vienetas yra atominė sekundė. atitikmenys: angl. atomic time vok. Atomzeit, f rus. атомное время,… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
Атомное время — шкала времени, осуществляемая с помощью атомных стандартов частоты … Астрономический словарь
атомное время — Система времени, основанная на атомной секунде … Политехнический терминологический толковый словарь
Международное атомное время — (TAI, фр. Temps Atomique International) время, в основу измерения которого положены электромагнитные колебания, излучаемые атомами или молекулами при переходе из одного энергетического состояния в другое. С появлением в 1955… … Википедия
Международное Атомное Время — (TAI, фр. Temps Atomique International) время, в основу измерения которого положены электромагнитные колебания, излучаемые атомами или молекулами при переходе из одного энергетического состояния в другое. С появлением в 1955 сверхстабильных… … Википедия
международное атомное время — tarptautinis atominis laikas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. international atomic time vok. internationale Atomzeit, f rus. международное атомное время, n pranc. temps atomique international, m … Automatikos terminų žodynas
международное атомное время — tarptautinis atominis laikas statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Laikas, kuris apskaičiuojamas Tarptautiniame svarsčių ir matų biure remiantis visame pasaulyje išdėstytų daugiau kaip 200 atominių laikrodžių rodmenimis.… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
международное атомное время — Шкала времени, установленная Международным бюро мер и весов (BIPM) на базе данных от атомных часов, работающих в нескольких учреждениях, приспособленных для определения секунды единицы времени в международной системе единиц (СИ). (МСЭ R V.573 4) … Справочник технического переводчика
время — понятие, позволяющее установить, когда произошло то или иное событие по отношению к другим событиям, т.е. определить, на сколько секунд, минут, часов, дней, месяцев, лет или столетий одно из них случилось раньше или позже другого. Измерение… … Географическая энциклопедия
Международное атомное время
Международное атомное время (TAI, фр. Temps Atomique International ) — время, в основу измерения которого положены электромагнитные колебания, излучаемые атомами или молекулами при переходе из одного энергетического состояния в другое.
С появлением в 1955 сверхстабильных эталонов частоты, основанных на квантовых переходах между энергетическими уровнями молекул и атомов, стало возможным создание атомных шкал времени.
Масштаб системы TAI принят равным масштабу эфемеридного времени (ЕТ), то есть атомные часы есть физическое воспроизведение шкалы ЕТ. Точность воспроизведения до 2·10 −12 с.
Решением XII Генеральной конференции мер и весов в 1967 единица TAI — 1 атомная секунда — приравнена продолжительности 9 192 631 770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133. Относительная точность цезиевого эталона частоты 10 −10 —10 −11 в течение нескольких лет.
Нульпункт шкалы TAI сдвинут относительно нульпункта шкалы ЕТ на постоянную величину:
Эталон атомного времени не имеет ни суточных, ни вековых колебаний, не стареет и обладает достаточной определенностью, точностью и воспроизводимостью.
См. также
Единицы измерения и стандарты времени
ПорталПолезное
Смотреть что такое «Международное атомное время» в других словарях:
Международное Атомное Время — (TAI, фр. Temps Atomique International) время, в основу измерения которого положены электромагнитные колебания, излучаемые атомами или молекулами при переходе из одного энергетического состояния в другое. С появлением в 1955 сверхстабильных… … Википедия
международное атомное время — Шкала времени, установленная Международным бюро мер и весов (BIPM) на базе данных от атомных часов, работающих в нескольких учреждениях, приспособленных для определения секунды единицы времени в международной системе единиц (СИ). (МСЭ R V.573 4) … Справочник технического переводчика
международное атомное время — tarptautinis atominis laikas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. international atomic time vok. internationale Atomzeit, f rus. международное атомное время, n pranc. temps atomique international, m … Automatikos terminų žodynas
международное атомное время — tarptautinis atominis laikas statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Laikas, kuris apskaičiuojamas Tarptautiniame svarsčių ir matų biure remiantis visame pasaulyje išdėstytų daugiau kaip 200 atominių laikrodžių rodmenimis.… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
время IAT — время TAI Международное атомное время, устанавливаемое Международным бюро времени на основе сравнения ряда национальных атомных эталонов времени. [РТМ 68 14 01] Тематики спутниковая технология геодезических работ Обобщающие термины некоторые… … Справочник технического переводчика
Время (физика) — Сейчас 9 июня 2009, 02:30 (UTC) Время одно из основных понятий физики и философии, одна из координат пространства времени, вдоль которой протянуты мировые линии физических тел, а также сознание. В диалектическом материализме время это… … Википедия
Время суток — Сюда перенаправляется запрос «24 часовой формат времени». На эту тему нужна отдельная статья. Время суток широко используемый на Земле способ исчисления времени, основанный на изменении положения солнца на небе, приблизительно являющемся… … Википедия
Время Гринвичского меридиана — Часовые пояса Европы: синий Западноевропейское время (WET) (UTC+0) Западноевропейское летнее время (UTC+1) красный Центральноевропейское время (CET) (UTC+1) Центральноевроп. летнее время (UTC+2) хаки Восточноевропейское время (EET) (UTC+2) … Википедия
Время гринвичского меридиана — Часовые пояса Европы: синий Западноевропейское время (WET) (UTC+0) Западноевропейское летнее время (UTC+1) красный Центральноевропейское время (CET) (UTC+1) Центральноевроп. летнее время (UTC+2) хаки Восточноевропейское время (EET) (UTC+2) … Википедия
Время по Гринвичу — Часовые пояса Европы: синий Западноевропейское время (WET) (UTC+0) Западноевропейское летнее время (UTC+1) красный Центральноевропейское время (CET) (UTC+1) Центральноевроп. летнее время (UTC+2) хаки Восточноевропейское время (EET) (UTC+2) … Википедия
Атомное время — что это, зачем нужно и где используется?
Международное атомное время (TAI — Temps Atomique International) — это время, в основе которого находятся электромагнитные колебания, излучаемые атомами или молекулами во время перехода из одного энергетического состояния в другое.
Атомная шкала времени появилась в 1955 году — именно тогда ученые открыли сверхстабильные эталоны частоты, основанные на квантовых переходах между энергетическими уровнями атомов и молекул.
Атомные часы — это физическое воспроизведение шкалы ET (эфемеридное время). Масштаб TAI равен масштабу эфемеридного времени. Точность воспроизведения времени — до 2*10 в минус двенадцатой степени. В 1967 году XIII Генеральная конференция мер и весов приравняла 1 атомную секунду продолжительности 9 192 631 770 периодов излучения. Это соответствует переходу между двумя сверхтонкими уровнями состояния атома цезия-133.
У атомного времени нет ни вековых, ни суточных колебаний. Оно не стареет и обладает достаточной точностью, определенностью и воспроизводимостью.
Как работают атомные часы?
Банально, но атомное время используется в атомных часах. Принцип их работы заключается в следующем — часы получают электрический импульс, что выводит колебательную систему из состояние равновесия.
В атомных часах есть небольшая частица кварца, атомы которого колеблются со скорость 5 000 000 колебаний за секунду. Один импульс подобного масштаба позволяет с точностью до одной секунды считать время на протяжении долго периода — около 90 000 лет.
Чтобы атомные часы считали время еще точнее, импульсы нужно обновлять. Затухание кварцевых часов определяет цезий — когда колебания прекращаются, цезий сразу дает сигнал для нового электрического импульса. По этой причине атомные часы никогда не отстают.
Такая точность во времени нужна по нескольким причинам, и одна из них — GPS-навигация. Она состоит из спутников, которые вращаются вокруг Земли. Например, смартфон использует четыре спутника — таким образом, устройство определяет точное местоположение владельца. Один спутник показывает местоположение гаджета, а три других считают время, за которое сигнал доходит до устройства. Благодаря высокой точности атомных часов, спутники могут идеально определять местоположение.
Который атомный час? Как работает самый точный и малопонятный прибор для измерения времени
70 лет назад физики впервые изобрели атомные часы — самый точный на сегодняшний день прибор для измерения времени. С тех пор устройство прошло путь от концепта размером с целую комнату до микроскопического чипа, который можно встроить в носимые устройства. «Хайтек» объясняет, как работают атомные часы, чем отличаются от привычных нам приборов для измерения времени и почему они вряд ли станут массовым явлением.
Читайте «Хайтек» в
Начнем с простого: что такое атомные часы?
Это не так уж просто! Для начала разберемся, как работают привычные нам инструменты для измерения времени — кварцевые и электронные хронометры.
Часы, которые могут измерять секунды, состоят из двух компонентов:
В кварцевых и электронных часах физическое действие происходит в кристалле кварца определенного размера, который сжимается и разжимается под воздействием электрического тока с частотой 32 768 Гц. Как только кристалл совершает это количество колебаний, часовой механизм получает электрический импульс и поворачивает стрелку — так работает счетчик.
В атомных часах процесс происходит иначе. Счетчик фиксирует микроволновый сигнал, испускаемый электронами в атомах при изменении уровня энергии. Когда атомы щелочных и щелочноземельных металлов вибрируют определенное количество раз, прибор принимает это значение за секунду.
Показания цезиевых атомных часов лежат в основе современного определения секунды в международной системе единиц измерения СИ. Она определяется как промежуток времени, в течение которого атом цезия-133 (133Cs) совершает 9 192 631 770 переходов.
Атомные часы и правда очень точные?
Да! Например, механические кварцевые часы работают с точностью ±15 секунд в месяц. Когда кварцевый кристалл вибрирует, он теряет энергию, замедляется и теряет время (чаще всего такие часы спешат). Подводить такие часы нужно примерно два раза в год.
Кроме того, со временем кристалл кварца изнашивается и часы начинают спешить. Такие измерительные приборы не отвечают требованиям ученых, которым необходимо делить секунды на тысячи, миллионы или миллиарды частей. Механические компоненты нельзя заставить двигаться с такой скоростью, а если бы это удалось сделать, их компоненты изнашивались бы крайне быстро.
Цезиевые часы отклонятся на одну секунду за 138 млн лет. Однако точность таких измерительных приборов постоянно растет — на данный момент рекорд принадлежит атомным часам с точностью около 10 в степени –17, что означает накопление ошибки в одну секунду за несколько сот миллионов лет.
Раз в атомных часах используются цезий и стронций, они радиоактивны?
Ничего не понимаем! Как же тогда работают атомные часы?
Расскажем о самых стабильных, цезиевых часах. Измерительный прибор состоит из радиоактивной камеры, кварцевого генератора, детектора, нескольких тоннелей для атомов цезия и магнитных фильтров, которые сортируют атомы низкой и высокой энергии.
Прежде чем попасть в тоннели, хлорид цезия нагревается. Это создает газовый поток ионов цезия, которые затем проходят через фильтр — магнитное поле. Оно разделяет атомы на два подпотока: с высокой и низкой энергией.
Низкоэнергетичный поток атомов цезия проходит через радиационную камеру, где происходит облучение с частотой 9 192 631 770 циклов в секунду. Это значение совпадает с резонансной частотой атомов цезия и заставляет их изменить энергетическое состояние.
Следующий фильтр отделяет низкоэнергетичные атомы от высокоэнергетичных — последние остаются в случае, если произошло смещение частоты излучения. Чем ближе частота облучения к резонансной частоте атомов, тем больше атомов станут высокоэнергетическими и попадут на детектор, который преобразует их в электричество. Ток необходим для работы кварцевого генератора — он отвечает за длину волны в радиационной камере, — а значит за то, чтобы цикл повторился вновь.
Предположим, кварцевый генератор теряет свою энергию. Как только это происходит, излучение в камере ослабевает. Следовательно, количество атомов цезия, переходящих в состояние высокой энергии, падает. Это дает сигнал резервной электрической цепи отключить генератор и скорректировать период колебаний, тем самым фиксируя частоту в очень узком диапазоне. Затем эта фиксированная частота делится на 9 192 631 770, что приводит к формированию импульса, отсчитывающего секунду.
Если атомные часы тоже зависят от кварцевого кристалла, в чем тогда прорыв?
Действительно, кварцевый генератор — самое слабое место цезиевых атомных часов. С момента создания первого такого измерительного прибора исследователи ищут способ отказаться от компонента — в том числе за счет экспериментов с различными щелочными и щелочноземельными металлами, помимо цезия.
Например, в конце 2017 года ученые из Национального института стандартов и технологий США (NIST) создали в качестве основы для атомных часов трехмерную решетку из 3 тыс. атомов стронция.
Исследователям удалось доказать, что увеличение числа атомов в решетке приводит к увеличению точности часов, а при максимальном количестве атомов точность составила погрешность в одну секунду за 15 млрд лет (примерно столько прошло со времен Большого взрыва).
Но стабильность работы стронциевых часов еще предстоит проверить — сделать это можно только со временем. Пока ученые берут за основу для измерений показания цезиевых атомных часов с кварцевым кристаллом внутри.
Ясно! Значит, скоро атомные часы станут обычным делом?
Маловероятно. Проблема заключается в том, что точность атомных часов регулируется принципом неопределенности Гейзенберга. Чем выше точность частоты излучения, тем выше фазовый шум, и наоборот. Повышение фазового шума означает, что необходимо усреднить множество циклов для достижения необходимого уровня точности частоты. Это делает разработку и поддержание работоспособности атомных часов довольно дорогими для массового использования.
Однако в большинстве случаев использование простого кварцевого кристалла будет дешевле и эффективнее, — потому что кварц имеет гораздо лучшее соотношение точности частоты к фазовому шуму. Поэтому атомные часы необходимы только в случае, когда нужно иметь заданную точность частоты в течение продолжительного времени — десятков и сотен лет. Такие случаи крайне редки — и вряд ли действительно необходимы обычному человеку, а не ученому.
Сверим атомные часы: зачем науке будущего нужно так точно измерять время
Атомные часы — это сверхточные инструмент измерения времени, который сегодня имеет ничтожную погрешность в секунду на несколько миллиардов лет. Такой механизм не носят на руке, чтобы не опоздать на работу, а используют для того, чтобы вычислять огромные расстояния между планетами, при отображении глобальных карт и даже для того, чтобы измерить искажение пространства-времени. Подробнее о том, почему наука не может обойтись без атомных часов.
Читайте «Хайтек» в
Как атомные часы измеряют время
В конструкции атомных часов есть кварцевый кристалл: он сжимается и разжимается, именно этот процесс заставляет часы работать. Этот процесс контролируют колебания внутри атома. Эти колебания — периодические переходы между возбужденным и основным энергетическими уровнями в атомах.
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.
Этот уровень можно изменить, если послать электрону большее количество энергии, для этого можно, например, нагреть атом. Потом электрон снова вернется на свой уровень и отдаст излишки в виде излучения. Вот на этом излучении все и построено: оно имеет определенную частоту и напоминает маятник в часах.
Сегодня атомные часы могут работать на атомах рубидия, стронция, водорода: принцип от этого не меняется.
Конструкцию атомных часов постоянно улучшают, например, был изобретен механизм, который отстает на одну секунду раз в несколько сотен миллиардов лет.
Без атомных часов не будет навигации на Земле и в космосе
Атомные часы нужны в первую для навигации: ГЛОНАСС и GPS, так как эти системы определяют расстояние по времени, за которое сигнал проходит от точки на Земле до спутника и обратно. Часы используют для измерения расстояния между объектами исходя из замеров, сколько времени требуется сигналу для перемещения из точки A в точку Б.
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.
Если на борту космического корабля будут собственные часы, то он сможет сам рассчитывать свою траекторию. Это позволит путешествовать дальше и безопасно транспортировать людей на другие планеты.
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.
Для этого они посылают сигнал и фиксируют время его возвращения. Если погрешность будет хоть на секунду, то можно потерять примерно триста тысяч километров в точности.
Как атомные часы помогут найти темную материю
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.
Сверхточные атомные часы смогут измерить искажение пространства-времени
Ученые уверены, что достаточно точные атомные часы могут служить инструментом, измеряющим, как объекты за счет гравитации искажают окружающее пространство.
Физики из Национального института стандартов и технологий в Боулдере использовали лазеры и создали импровизированную ловушку для атомов: она выглядела как несколько очень маленьких чашек.
Тысячи атомов иттербия заполняют эти чашки, если воздействовать на них лазерным лучом правильной частоты,а электроны на орбите совершат переход на один энергетический уровень.
В такой системе электроны будут делать более квадриллиона переходов. Как только лазер настроен на «идеальную» частоту, начинается перевод информации из частоты лазерного излучения в сигнал, который может принять и расшифровать электронное устройство, то есть те самые часы.
Ученые смогли настроить лазер так, что теперь полученные данные помогут определить влияние гравитации на само пространство-время.
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.
А в будущем атомные часы станут незаменимы при колонизации планет и изучении темной материи.
Но вряд ли когда-нибудь они станут бытовым гаджетом.