В течение многих тысячелетий люди учились определять более точное время по вращению нашей планеты. На самом деле, такой метод расчета периодов времени оказался не совсем точным, поскольку Земля спустя столетия замедлила свои обороты, к тому же стала делать это неравномерно. В поисках сверхточности ученые нашли способ измерения времени, в котором используются собственные колебания, происходящие внутри атомов и молекул. Часы, действующие на таком принципе и логично названные атомными, имеют погрешность всего 1 секунду за 100 миллионов лет. Такие хронометры важны в навигации, особенно в космической, в системах спутниковой и наземной телекоммуникации, мобильной связи, платежных системах при проведении финансовых транзакций, синхронизации компонентов Всемирной паутины - интернета и т.д🌍📡
Принцип работы атомных часов ⚙️🔬
Любые часы используют в основе своей работы два элемента:
механизм, колеблющийся с постоянным ритмом;
устройство, подсчитывающее эти ритмы и отображающее текущее время.
На протяжении веков ритмы создавали предметы, созданные мастерами-часовщиками: маятник в старинных напольных часах или кварцевый генератор в наручных электронных. Но создать идеальные параметры маятника или кварцевого кристалла, полностью независимые от внешних воздействий, невозможно. Поэтому часы, созданные человеком, не могут быть абсолютно синхронизированы и сверхточны.
Понятие точности изменилось после того, как ученые глубоко изучили строение атомов. Напомним современное определение секунды: «одна секунда» в системе СИ - это «электромагнитное излучение, возникающее при переходе атома цезия-133 между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния».
Важное уточнение: изотоп цезия стабилен, не радиоактивен, встречается в природе и безопасен для человека. Но он должен находиться почти в состоянии покоя, чего достигают охлаждением до абсолютного нуля: минус 273,15 °C❄️
Основные компоненты атомных часов:
квантовый дискриминатор, сравнивающий частоту электронного генератора с частотой атомных колебаний;
кварцевый генератор, зависящий от качества кристалла;
электронный комплекс, фиксирующий переходы атомов и обеспечивающий точность хода.
Существуют разные типы атомных часов: цезиевые, рубидиевые, стронциевые, ртутные, водородные мазеры.
Преимущества атомных часов перед механическими и кварцевыми:
Точность. «Тики» происходят чаще, чем в обычных часах.
Стабильность. Колебания не зависят от температуры, давления, гравитации и других факторов.
Универсальность. Частоты колебаний - константа для всех атомов.
Недостатки тоже есть. В наручных или радиоуправляемых моделях, синхронизирующихся с сигналами атомных часов (например, в Колорадо, США), точность зависит от географии, атмосферы, расстояния и качества приема. Однако беспроводные часы получают обновления каждые 20 секунд. Большинство моделей синхронизируются с радиосигналами из США (WWVB), Великобритании (MSF), Германии (DCF77) и Японии (JJY)🌐
Немного истории 📜
Идея создать атомные часы появилась у британского физика Уильяма Томсона в 1879 году. Первые реальные атомные часы создал Исидор Раби, лауреат Нобелевской премии, профессор Колумбийского университета, в 1945 году. А в 1958 году появились первые часы на основе цезия-133.
В 2013 году американская компания Bathys Hawaii выпустила рабочий прототип наручных атомных часов Cesium 133. Заявленная точность - 1 секунда за тысячу лет. В микросхеме находилась капсула с газообразным цезием, лазер и фоточувствительные элементы. Корпус был из карбона. Часы показывали время, дату и фазы Луны🌙
Такие часы - настоящее чудо инженерии, синергия искусства и науки, что подтверждает их эволюцию. Яркий пример - новые проекты Rolex.
Атомные перспективы Rolex ⌚🚀
В мае 2025 года Rolex объявила о создании компании Rolex Quantum SA, работающей рядом с астрономической обсерваторией Невшателя и Центром электроники и микротехнологий CSEM. Совместно они создали систему эталонных атомных часов.
Прототипы Rolex прошли испытания в METAS. Это оптические атомные часы на рубидии диаметром 48 мм, работающие круглосуточно. Отклонение за неделю - не более 300 пикосекунд (триллионных долей секунды). Rolex уже использовала их как эталонные приборы на мануфактурах в Женеве и Бьене.
Rolex Quantum SA займется выпуском атомных часов для телекоммуникаций и глобальных систем времени. Они подойдут военным, спасателям, медикам, а также тем, кто часто пересекает часовые пояса и ценит пунктуальность. Атомные часы - это прогресс, технологии будущего и стремление познавать мир во всем его многообразии🌌✨
