Атомните часовници и как представляват времето

Векове наред човечеството поддържа записи на времето, разчитайки на периоди на въртене на нашата планета. Забавянето и неравномерната скорост го накараха да търси нови начини за проследяване на времето. И така, отначало се появи най-простият часовник - слънчев часовник, след това часовник, махало, вода и в началото на VIII век - механичен . И едва след повече от хиляда години, през 1952 г., изобретени са електроника и кварц.

КВАРЦОВИ КРИСТАЛИ И ЦЕЗИЕВИ АТОМИ В ЧАСОВНИКОВАТА СТРЕЛКА

Идеята за създаване на ултра точен хронометър, основан на вибрациите на водородните частици през 1879 г., е предложена от английския физик Уилям Томсън. Но да се реализира тази идея на практика и да се измисли първият атомен часовник с помощта на частици цезий-133 е възможно едва през 1955 г., британецът Луи Есен.

Устройство с големина на голям хладилник беше наречено NBS-1 и показанията на неговия механизъм послужиха за определяне на второто в рамките на международната система от мерни единици на SI. Оттогава секунда е период от време, през който атом цезий-133 (Cs-133) претърпява 9 192 631 770 енергийни прехода под въздействието на микровълните.

Всеки механизъм на часовника, който може да измерва секунди, има два компонента:

• физическо действие, което може да се повтори непроменен брой пъти в секунда;

• брояч, който записва необходимия брой действия и предава сигнал за изтичането на период от време.

Например, в  кварцов часовник се случват физически действия в кварцов кристал с фиксиран размер. Сгъстявайки и разкачвайки под въздействието на електрически ток със специфична честота 32 768 Hz, кристалът изпълнява необходимия брой трептения, което фиксира брояча и дава сигнал за завъртане на стрелката точно за 1 секунда.

В атомен часовник всичко се случва малко по-различно: електроните в атомите под влияние на микровълново поле променят нивото на енергия и броячът записва броя на такива енергийни преходи за единица време. Принципът е като цяло същият, но точността е напълно различна:

• точността на кварцовия часовник е ± 15 секунди на месец;

• цезиеви атомни часовници изкривяват времето с 1 секунда на 138 милиона години.

КАК УЛТРА ПРЕЦИЗНИТЕ ЧАСОВНИЦИ ИЗМЕРВАТ ВРЕМЕТО?