Важность времени и его точность поражает. Независимо от того, как вы смотрите на время, оно всегда будет уклоняться от него. Будь то будильник, время встречи, компьютеры или временные рамки для достижения чего-либо. Время затмевает всех и все, что мы делаем, видим, чувствуем или делимся.
Так что же заставляет нас думать, что у нас есть точное время? То время, которое мы считали правдой, на самом деле, время, которое есть у всех вокруг. Давайте начнем путешествие к самой ткани времени.
Кредиты: TumblrКачающийся маятник как основа для измерения времени и основание часов может быть плохой идеей по двум причинам; Время, необходимое маятнику для завершения цикла, или его частота, может варьироваться в зависимости от длины маятника. Допустим, мы стандартизируем длину, однако материал может увеличиваться при нагревании и замедлять время на экваторе, чем на полюсах. Точно так же гравитация также повлияет на движение маятника, который не остается постоянным по всей планете. Не говоря уже о том, что произойдет, если мы будем в космосе, часы с маятником больше не будут работать.
Кредиты: TumblrЧтобы построить часы на прочной основе, давайте заглянем внутрь атома. Атомы имеют ядро, которое содержит нуклоны (протоны и нейтроны). И тогда некоторые электроны вращаются вокруг ядра, которое может проживать электрон, орбита которого зависит от его энергетических уровней. Когда электроны поглощают или высвобождают энергию, они могут перейти на более высокую или более низкую орбиту соответственно. Этот процесс называется переходом. Количество энергии, выделяемой или поглощаемой во время каждого из этих переходов, остается одинаковым.
Кредиты: GiphyЭта энергия находится в форме электромагнитного излучения, которое может варьироваться от видимого света до микроволн. Поскольку волны излучения или энергии могут иметь определенные частоты, мы можем их измерить. Следовательно, как частота маятника, частота энергии перехода электрона может быть использована для поддержания мира.
Атомные часы на основе кристаллов кварца используют пьезоэлектрические свойства, что означает, что они генерируют небольшое количество тока под давлением; Это также означает, что он вибрирует с точной частотой 32 768 Гц, когда на него подается ток. Поэтому его можно определить во второй раз, используя кристалл кварца. Недостатком является то, что вибрация кристалла является причиной потери энергии, которая замедляет его и вызывает изменения частоты.
Кредиты: Энциклопедия БританикаМне нужен был контур обратной связи, где каждый раз, когда кристалл теряет свою энергию, он будет удаляться электрическим током, чтобы поддерживать период. Это то место, где приходят цезиевые атомные часы. У цезия есть атомный номер 55, то есть идеальная структура 2-8-18-18-8-1, с единственным электроном в его внешней оболочке. Атом, как объяснено выше, может существовать в двух состояниях: состоянии с низкой энергией и состоянии с высокой энергией. Резонансная частота цезия составляет 9 192 631 770 циклов в секунду, что означает, что для перехода в цезии потребуется такое же количество излучения.
Как вы можете спросить? Ну, во-первых, ионы цезия извлекаются из хлорида цезия, нагревая его. Пар содержит цезий как в состоянии высокой, так и низкой энергии. Магнитная полоса будет отделять ионы низкой энергии от ионов высокой энергии, создавая два канала потока. Низкоэнергетические ионы бомбардируются излучением той же резонансной частоты, что и цезий, чтобы поднять свои энергетические уровни. Затем канал снова разделяется, и высокоэнергетические ионы переносятся в детектор, который преобразует их в электричество. Чем больше высокоэнергетических ионов цезия, тем больше вырабатывается электричества.
Кредиты: HackadayЭтот ток подается на кварцевый генератор, который прерывает импульс, также отвечающий за управление частотой падающего излучения. Теперь, когда кварцевый генератор испытывает потерю энергии, излучение ослабевает. Количество высокоэнергетических атомов цезия будет уменьшаться, что будет стимулировать электрическую цепь, чтобы вибрировать генератор, чтобы вызвать коррекцию определенного “периода”. Точность атомных часов можно увидеть по тому факту, что они теряют одну секунду за 138 миллионов лет.
Кредиты: Национальная физическая лаборатория
