Что такое сверить часы
сверить часы
Смотреть что такое «сверить часы» в других словарях:
сверить — рю, ришь; св. что (с чем). Проверить, сличить с чем л., взятым за образец. С. курс. С. часы. С. копию с оригиналом. ◁ Сверять, яю, яешь; нсв. Сверяться, яется; страд … Энциклопедический словарь
сверить — рю, ришь; св. см. тж. сверять, сверяться что (с чем) Проверить, сличить с чем л., взятым за образец. Све/рить курс. Све/рить часы. Све/рить копию с оригиналом … Словарь многих выражений
све́рить — рю, ришь; сов., перех. (несов. сверять). Сличить с чем л. с целью проверки, проверить, сличая. Сверить часы. Сверить корректуры. □ Старший из посетителей просмотрел его служебное удостоверение, взглядом сверил фотографию с оригиналом. Б. Полевой … Малый академический словарь
Театр «Ювента» — Место нахождения на сцене театра АлеКо Санкт Петербург, пр. Юрия Гагарина, 42 Координаты … Википедия
Назад в будущее (фильм) — Эта статья посвящена первому фильму кинотрилогии «Назад в будущее» Назад в будущее Back to the Future … Википедия
Назад в будущее (фильм, 1985) — Эта статья посвящена первому фильму трилогии Назад в будущее Назад в будущее Back To The Future Жанр приключенческая фантастическая комедия Режиссёр … Википедия
ВЕРА — жен. уверенность, убеждение, твердое сознание, понятие о чем либо, особенно о предметах высших, невещественных, духовных; | верование; отсутствие всякого сомнения или колебания о бытии и существе Бога; безусловное признание истин, открытых Богом; … Толковый словарь Даля
ПОВЕРЯТЬ — ПОВЕРЯТЬ, поверить что, сделать поверку, проверить, осмотреть, сосчитать, чтобы убедиться на деле в верности чего, в исправности, порядке. Поверить итоги, счеты, деньги со счетами. Чиновник от начальника дела поверяет, ревизует. Поверять кого,… … Толковый словарь Даля
СВЕРЯТЬ — СВЕРЯТЬ, сверить что с чем, сличать и поверять; замечать сходство, согласие или разницу; поверять по чем либо счеты. Сверять два списка с летописи. Счетные книги сверены с казначейскими указами и расписками. Сверять часы с солнцем. ся, страд. и… … Толковый словарь Даля
выверить — рю, ришь; вывери и (разг.) выверь; св. что. Тщательно проверить точность чего л.; сверить с чем л. В. списки избирателей. В. часы. ◁ Выверять, яю, яешь; нсв. Выверяться, яется; страд. Выверка, и; ж … Энциклопедический словарь
КАССИР ПРИХОДНОЙ КАССЫ — RECEIVING TELLERСлужащий, иногда называемый вторым кассиром; его функции заключаются в принятии на депозит наличных денег и платежных документов от клиентов через окошко кассы. Его обязанности прямо противоположны обязанностям кассира расходной… … Энциклопедия банковского дела и финансов
сверить часы
1 сверить часы
Я приехал, чтобы встретиться с госсекретарем Пауэллом и сверить с ним часы незадолго до общения наших президентов (министр иностранных дел И.Иванов, цитируется по «Известиям»). — I have come here for meetings with Secretary Powell to compare notes shortly before the upcoming discussions between our Presidents.
Оперативная сверка позиций Москвы и Берлина на высшем уровне как нельзя кстати («Независимая газета»). — The opportunity for a quick meeting at the highest level to coordinate the positions of Moscow and Berlin is more than welcome.
2 сверить часы
3 сверить часы
4 сверить (часы)
5 сверить часы
6 сверить
См. также в других словарях:
сверить — рю, ришь; св. что (с чем). Проверить, сличить с чем л., взятым за образец. С. курс. С. часы. С. копию с оригиналом. ◁ Сверять, яю, яешь; нсв. Сверяться, яется; страд … Энциклопедический словарь
сверить — рю, ришь; св. см. тж. сверять, сверяться что (с чем) Проверить, сличить с чем л., взятым за образец. Све/рить курс. Све/рить часы. Све/рить копию с оригиналом … Словарь многих выражений
све́рить — рю, ришь; сов., перех. (несов. сверять). Сличить с чем л. с целью проверки, проверить, сличая. Сверить часы. Сверить корректуры. □ Старший из посетителей просмотрел его служебное удостоверение, взглядом сверил фотографию с оригиналом. Б. Полевой … Малый академический словарь
Театр «Ювента» — Место нахождения на сцене театра АлеКо Санкт Петербург, пр. Юрия Гагарина, 42 Координаты … Википедия
Назад в будущее (фильм) — Эта статья посвящена первому фильму кинотрилогии «Назад в будущее» Назад в будущее Back to the Future … Википедия
Назад в будущее (фильм, 1985) — Эта статья посвящена первому фильму трилогии Назад в будущее Назад в будущее Back To The Future Жанр приключенческая фантастическая комедия Режиссёр … Википедия
ВЕРА — жен. уверенность, убеждение, твердое сознание, понятие о чем либо, особенно о предметах высших, невещественных, духовных; | верование; отсутствие всякого сомнения или колебания о бытии и существе Бога; безусловное признание истин, открытых Богом; … Толковый словарь Даля
ПОВЕРЯТЬ — ПОВЕРЯТЬ, поверить что, сделать поверку, проверить, осмотреть, сосчитать, чтобы убедиться на деле в верности чего, в исправности, порядке. Поверить итоги, счеты, деньги со счетами. Чиновник от начальника дела поверяет, ревизует. Поверять кого,… … Толковый словарь Даля
СВЕРЯТЬ — СВЕРЯТЬ, сверить что с чем, сличать и поверять; замечать сходство, согласие или разницу; поверять по чем либо счеты. Сверять два списка с летописи. Счетные книги сверены с казначейскими указами и расписками. Сверять часы с солнцем. ся, страд. и… … Толковый словарь Даля
выверить — рю, ришь; вывери и (разг.) выверь; св. что. Тщательно проверить точность чего л.; сверить с чем л. В. списки избирателей. В. часы. ◁ Выверять, яю, яешь; нсв. Выверяться, яется; страд. Выверка, и; ж … Энциклопедический словарь
КАССИР ПРИХОДНОЙ КАССЫ — RECEIVING TELLERСлужащий, иногда называемый вторым кассиром; его функции заключаются в принятии на депозит наличных денег и платежных документов от клиентов через окошко кассы. Его обязанности прямо противоположны обязанностям кассира расходной… … Энциклопедия банковского дела и финансов
Сверим часы
Что происходит со старой физической моделью, когда появляется новая более общая, которая описывает мир гораздо точнее? Чтобы этот вопрос не казался слишком абстрактным, давайте рассмотрим конкретный пример: что стало с теорией гравитации Ньютона, когда появилась общая теория относительности Эйнштейна?
Например, закон всемирного тяготения замечательно описывал движение небесных светил до тех пор, пока не появились данные об аномальной прецессии орбиты Меркурия. А поскольку, очевидно, мир функционирует (в частности, планеты обращаются вокруг Солнца) без оглядки на то, какими законами люди пытаются его описывать, получается, что у законов и теорий есть границы применимости: в каких-то случаях старая теория все же работает, а в каких-то уже приходится применять расчеты в рамках новой теории. Как же отличить одни случаи от других? Иногда оказывается, что можно ввести какой-нибудь параметр, который указывает на применимость той или иной теории. И в случае с гравитацией сделать это достаточно просто.
Если вы находитесь на расстоянии R от некоторого тела с массой M, то эффектами ОТО в целом можно пренебречь, если параметр ε = rg/R будет «много меньше» 1 (ε≪1), где rg = 2GM/c 2 — гравитационный радиус. Такого рода «малые параметры» в физике встречаются сплошь и рядом — иногда физику даже называют «наукой малых параметров».
Значение rg показывает характерное расстояние, на которое надо приблизиться к точечному объекту массы M, чтобы эффекты ОТО стали значительными. Хотя, как мы увидим в послесловии, приблизиться именно на такое расстояние на самом деле невозможно.
С другой стороны, на поверхности, скажем, нейтронной звезды с массой 1,5 массы Солнца и радиусом 10 км параметр ε равен 0,4 (проверьте это), то есть эффекты ОТО будут вносить значительный вклад.
Но оказывается, этот параметр может не только указывать на важность или неважность эффектов ОТО: он годится и для того, чтобы по порядку величины оценивать численное значение этих эффектов. Например, точно известно, что в рамках общей теории относительности предсказывается отклонение света из-за гравитации тяжелого объекта. Проверить этот эффект можно во время солнечного затмения: тогда можно различить звезды рядом с диском Солнца, свет от которых оно отклоняет. Но нужно хотя бы примерно знать, насколько точные угловые измерения нужно сделать, то есть — насколько большим должен быть эффект отклонения. Если ответ нужен не точный, а приближенный по порядку величины, то можно пользоваться тем самым параметром, чтобы найти примерный угол отклонения.
Фотография Солнца во время полного затмения, сделанная Эддингтоном во время экспедиции на остров Принсипи 29 мая 1919 года. Тонкими белыми горизонтальными линиями отмечены звезды, отклонение света которых рассматривал Эддингтон. Если распечатать эту фотографию размером с лист A4, то отклонение положений звезд из-за гравитации Солнца составит меньше десятой части миллиметра. Фото с сайта en.wikipedia.org
Можно переформулировать наше эмпирическое утверждение: численное значение эффектов общей теории относительности можно по порядку величины оценить с помощью малого параметра ε. При этом, от результата строгого (то есть долгого и муторного) вывода в рамках ОТО ответ будет отличаться не сильно и совпадать с реальным значением по порядку величины (конечно, если ε≪1). Таким образом, чтобы примерно прикидывать численные эффекты ОТО, вам вовсе не обязательно владеть довольно громоздким математическим аппаратом общей теории относительности, а достаточно пользоваться малым параметром.
Давайте рассмотрим другой классический эффект. Известно, что в рамках ньютоновской гравитации в случае вращения одного тела вокруг другого, орбиты имеют строго эллиптическую форму, которая не меняется со временем. Однако, как мы уже упоминали в самом начале, уже в XIX веке люди знали, что орбита Меркурия слегка прецессирует, поворачиваясь примерно на 570 угловых секунд за столетие.
Система Солнце — Меркурий не изолирована: есть и другие планеты. Но их влиянием можно объяснить вращение примерно на 527 угловых секунд за столетие. А вот откуда берутся оставшиеся 43 угловых секунды, в XIX веке так и не удалось объяснить. Объяснение удалось дать позже, в рамках общей теории относительности (и это стало одним из веских аргументов в поддержку ОТО). Почему это произошло именно с Меркурием довольно понятно: эта планета находится близко к Солнцу, а, как мы видели выше, малый параметр ε обратно пропорционален расстоянию R, и чем меньше R, тем больше ε.
По порядку величины это, действительно, совпадает со значением 43». Но если, опять же, честно посчитать в рамках ОТО, то получится ответ, совпадающий с наблюдательными данными.
Задача
Представим теперь, что вы хотите отправить спутник связи на орбиту высотой 400 км. Поскольку эффекты ОТО влияют на то, как время течет на разных расстояниях от Земли, то на орбите будет некоторая задержка часов относительно поверхности Земли.
Вы хотите понять, о какой задержке идет речь, хотя бы по порядку величины, используя «метод малого параметра», который обсуждался выше. Приняв радиус Земли равным 6378 км, оцените возникающую разницу между изначально синхронизированными часами на спутнике, летающем на высоте 400 км, и на наземной станции. Выразите ответ в секундах за столетие.
Подсказка 1
Земное тяготение влияет и на станцию, и на спутник. Однако параметр ε будет разным для этих двух случаев, так как расстояния до центра Земли разные.
Подсказка 2
Можно сперва вычислить задержку часов в обоих случаях относительно «бесконечно удаленного наблюдателя», который не подвержен влиянию гравитации Земли. Подумайте, как эта задержка связана с каждым из двух значений параметра ε из предыдущей подсказки.
Решение
Очевидно, что для наблюдателя, который бесконечно удален от Земли, никакого гравитационного замедления времени из-за ее притяжения нет. Поэтому часы, находящиеся бесконечно далеко, мы и будем брать в качестве эталонных.
Если использовать оценку через малый параметр, то часы на поверхности Земли будут отставать относительно бесконечно удаленных: одна секунда на Земле соответствует 1 − rg/RЗ секунд у бесконечно далекого наблюдателя, где rg — гравитационный радиус Земли, а RЗ — физический радиус Земли, то есть расстояние от центра Земли, на котором находятся первые часы. Аналогичная величина для спутника относительно того же бесконечно удаленного наблюдателя будет равна 1 − rg/(RЗ+400).
Таким образом, задержку часов на Земле относительно часов на орбите спутника можно оценить как
Задержку часов за 100 лет можно узнать, умножив это число на t = 100 лет и для удобства переведя Δt в секунды. Получится примерно 0,3 секунды за 100 лет, то есть за один год часы на спутнике будут отставать относительно часов на Земле примерно на 3 миллисекунды. Если же посчитать честно по всем канонам ОТО, получится примерно в 3 раза больше — наша оценка не так уж и плоха.
Не смотря на то, что это очень маленькое число, пренебрежение такой поправкой оказывается непростительным для большинства спутников. К счастью, атомные часы способны давать гораздо более высокую точность, с помощью которой можно однозначно учитывать эти эффекты при проектировании спутников.
Послесловие
Нижняя часть установки для детектирования фотонов в эксперименте Роберта Паунда и Глена Ребки (он на фото). Между излучателем и приемником была проложена труба из пластиковой пленки диаметром 40 см; она была заполнена гелием, чтобы предотвратить поглощение фотонов воздухом. Фото с сайта seas.harvard.edu
Рассмотренные выше гравитационная задержка времени, отклонение света в поле тяготения, прецессия орбит планет — далеко не полный список хорошо известных эффектов, предсказанных общей теорией относительности. Экспериментальное обнаружение каждого из них служило надежным подкреплением правоты ОТО. Причем, не всегда нужно «ходить» куда-то в космос, чтобы поймать эти эффекты. Примером служит эксперимент Паунда и Ребки, подтвердивший, что время действительно замедляется в поле тяготения.
Но если гравитационной задержке подвержено время, то можно ожидать, что такая же задержка будет и с «внутренними часами» фотонов, то есть с их частотой. В рамках ОТО фотон, излученный вблизи гравитационного объекта в сторону бесконечно удаленного наблюдателя, подвержен гравитационному красному смещению — его частота будет уменьшаться, а длина волны увеличиваться по мере удаления от объекта. Фактически фотон теряет энергию, преодолевая гравитационное влияние массивного объекта. И наоборот, фотон, излученный в сторону массивного тела, будет подвержен гравитационному синему смещению (увеличению частоты).
В своем эксперименте Паунд и Ребка исследовали гравитационное красное смещение гамма-фотонов, излученных возбужденным атомом железа 57 Fe. Дело происходило в башне Джефферсоновской лаборатории Гарварда, а сама установка имела высоту 22,5 м: на верхнем конце располагался излучатель, а на нижнем — приемник довольно сложной конструкции также с атомами изотопа 57 Fe, которые должны были поглотить гамма-фотоны в обратном процессе в случае, если их частота не поменялась.
Для увеличения точности эксперимента источник циклично двигали вверх и вниз, чтобы симулировать эффект Доплера, который при определенной скорости источника компенсировал бы гравитационное красное смещение, вызвав резонансное поглощение фотонов железом на нижнем конце установки.
Гравитационное красное смещение. Не следует путать этот эффект с красным смещением из-за эффекта Доплера при удалении галактик или движении звезд (см. задачу Радиальные скорости и экзопланеты). В частности, в эксперименте Паунда и Ребки гравитационное красное смещение было специально компенсировано эффектом Доплера, благодаря движению источника излучения. Рисунок с сайта theconversation.com
Может возникнуть вопрос, а почему, собственно, берется именно параметр 2GM/(Rc 2 )? На этот вопрос можно ответить двумя способами: феноменологически и физически.
1. Представьте, что вы хотите построить теорию гравитации, которая бы одновременно учитывала и ньютоновскую гравитацию, и специальную теорию относительности. Получается, что в вашей теории будет и константа G и скорость света c. Характерное «влияние» вашей теории при массе объекта M на расстоянии R будет описываться некоторым безразмерным параметром. Единственный способ сконструировать безразмерную величину из G, M, c и R — это как раз скомбинировать их в виде 2GM/(Rc 2 ), что и будет показывать поправку вашей теории к уже существующей. Такой подход иногда называется размерным анализом.
Точно так же со специальной теорией относительности. Малым параметром в этой теории является ε = v/c, где v — некоторая скорость, с которой одно тело движется относительно другого. Например, эффект замедления времени на космическом корабле, движущемся со скоростью v относительно покоящегося наблюдателя, по порядку величины равен v/c (опять же, с точностью до некоторого коэффициента).
Примечательно то, что такой малый параметр в физике встречается сплошь и рядом. Например, эффекты квантовой механики при рассеянии частиц важны, когда характерное расстояние между частицами r порядка дебройлевской длины волны частиц λdB. Иными словами, квантовая механика не сильно важна, когда λdB/r ≪ 1.
Стоит отметить, что во всех упомянутых выше случаях параметр ε был сильно меньше единицы, то есть эффекты общей теории относительности пусть и можно было измерить, но они были очень слабыми. Такой предел общей теории относительности называется слабополевым.
До 1974 года все эксперименты ОТО были именно в слабополевом приближении, что, безусловно, является сильным аргументом в пользу ОТО, но лишь в определенном приближении. В 1974 радиоастрономами Расселом Халсом и Джозефом Тейлором на радиотелескопе в Аресибо была открыта двойная система из нейтронных звезд (двойной пульсар PSR B1913+16).
Обе нейтронные звезды обращаются по эллиптическим орбитам вокруг общего центра масс. Но астрономы заметили, что орбиты постепенно сужаются. Оказалось, что если посчитать потерю энергии за счет сужения орбиты, она окажется в точности такой же, как если бы эта система излучала, предсказанные в рамках уже сильнополевого приближения ОТО (при ε
Таким образом, двойная Халса-Тейлора стала первым доказательством как существования гравитационных волн, так и общей теории относительности в сильнополевом приближении. В 2016 году, как известно, состоялось первое в истории прямое детектирование гравитационных волн (Гравитационные волны — открыты!, «Элементы», 11.02.2016) замечательно совпадающее с предсказаниями общей теории относительности, и в корне закрепившее ее статус как единственной состоятельной теории гравитации.
«Сверить часы»: что известно о новом протоколе синхронизации времени серверов
Рассказываем о причинах появления Roughtime и особенностях его работы.
Зачем нужен новый протокол
Работа сетей с переменной латентностью основана на протоколах, подобных NTP (Network Time Protocol). Он синхронизирует внутренние часы вычислительных систем. Но с работой NTP связан ряд проблем — последние версии протокола предусматривают возможность аутентификации запросов от сервера, но на практике эту функцию используют редко. Большинство компьютеров безоговорочно доверяет ответу сервера точного времени при настройке системных часов. В результате злоумышленник может провести MITM-атаку и контролировать часы жертвы, нарушив работу криптографических протоколов и получив возможность повлиять на «свежесть» ключей. Также NTP имеет ряд уязвимостей, которые злоумышленники используют для проведения DDoS-атак.
Инженеры из Бостонского университета совместно с коллегами из Google и Cloudflare представили иной подход для «сверки часов» — Roughtime — протокол с криптографической защитой на базе UDP. В основу технологии легла система установки временных меток для блокчейна, которую еще в 2011 году описал криптограф Бен Лори (Ben Laurie) — основатель Apache Software Foundation и ведущий разработчик OpenSSL. К слову, сам Бен также участвовал в проектировании Roughtime.
Как он устроен
Ответ сервера по протоколу Roughtime состоит из трех частей. Первая представляет собой метку времени с числом микросекунд, прошедших с «эпохи Unix». Вторая называется радиус — это погрешность передаваемого значения. Третьей компонентой ответа является одноразовый код (nonce) с цифровой подписью. Значение nonce генерирует клиент при запросе временной метки. Такой подход позволяет убедиться, что передаваемая информация актуальна.
О других протоколах из нашего блога на Хабре:
Если по какой-то причине клиент не доверяет полученным данным, он может послать запрос другим серверам. Но в этом случае nonce генерируют путем хеширования ответа, полученного от предыдущего сервера. Так клиент запоминает последовательность, в которой поступают временные метки, и может убедиться в их правильности. При этом он получает возможность выявить скомпрометированные или неправильно настроенные машины — предоставленное ими значение времени будет серьезно отличаться.
Перспективы протокола
В марте прошлого года Инженерный совет интернета (IETF) представил черновик спецификации Roughtime. На этой неделе в сети появилась его обновленная версия. В перспективе Roughtime могут сделать полноценным интернет-стандартом и оформить в RFC. Но старший научный сотрудник и криптограф облачного провайдера Cloudflare Ник Салливан (Nick Sullivan) говорит, что Roughtime нельзя считать прямой заменой NTP. У него нет механизмов компенсации латентности в сети, что может создать проблемы при «сверке часов» между двумя удаленными узлами (погрешность будет очень высокой). Трудностей добавляет криптография — в частности, функция SHA512, на реализацию алгоритмов которой тратятся дополнительные вычислительные ресурсы.
/ PD / Free-Photos
В связи с этим эксперты говорят, что одним из ключевых применений протокола будет проверка срока действия SSL-сертификатов в браузерах, поскольку для этой задачи не нужна высокая точность. Первую реализацию такого решения уже представил один из западных облачных провайдеров.
Также интерес к технологии выражает компания SpiderOak. Она разрабатывает одноименное программное обеспечение для резервного копирования данных. Roughtime планируют использовать для безопасной передачи сообщений в другом продукте компании — мессенджере Semaphor.
О чем мы пишем в корпоративном блоге VAS Experts:
Сверим часы Краткая история появления атомных приборов измерения времени
Прогресс не стоит на месте ─ совсем недавно в США были созданы высокоточные атомные часы, которые совершают ошибку в одну секунду за 300 миллионов лет. Эти часы, заменившие старую модель, которая допускала ошибку в одну секунду за сто миллионов лет, теперь задают стандарт американского гражданского времени. «Лента.ру» решила вспомнить историю создания атомных часов.
Первый атом
Для того чтобы создать часы, достаточно использовать любой периодический процесс. И история появления приборов измерения времени ─ это отчасти история появления либо новых источников энергии, либо новых колебательных систем, используемых в часах. Самыми простыми часами являются, вероятно, солнечные: для их работы необходимо только Солнце и предмет, который отбрасывает тень. Недостатки этого способа определения времени очевидны. Водяные и песочные часы тоже не лучше: они пригодны лишь для измерения сравнительно коротких промежутков времени.
Самые древние механические часы были найдены в 1901 году рядом с островом Антикитера на затонувшем корабле в Эгейском море. Они содержат около 30 бронзовых шестерен в деревянном корпусе размером 33 на 18 на 10 сантиметров и датируются примерно сотым годом до нашей эры.
Фрагмент антикитерского механизма
Фото: Marsyas / Wikipedia.org
В течение почти двух тысяч лет механические часы были самыми точными и надежными. Появление в 1657 году классического труда Христиана Гюйгенса «Маятниковые часы» («Horologium oscillatorium, sive de motu pendulorum an horologia aptato demonstrationes geometrica») с описанием устройства отсчета времени с маятником в качестве колебательной системы, стало, вероятно, апогеем в истории развития механических приборов такого типа.
Однако астрономы и мореплаватели все равно использовали звездное небо и карты для определения своего местоположения и точного времени. Первые же электрические часы изобрел в 1814 году Фрэнсис Роналдс. Однако первый такой прибор был неточным из-за чувствительности к изменениям температуры.
Дальнейшая история часов связана с использованием в устройствах разных колебательных систем. Представленные в 1927 году сотрудниками Лабораторий Белла кварцевые часы использовали пьезоэлектрические свойства кристалла кварца: при воздействии на него электрического тока кристалл начинает сжиматься. Современные кварцевые хронометры могут обеспечить точность до 0,3 секунды в месяц. Однако, поскольку кварц подвержен старению, с течением времени часы начинают идти с меньшей точностью.
С развитием атомной физики ученые предложили использовать в качестве колебательных систем именно частицы вещества. Так появились первые атомные часы. Идею о возможности использования атомных колебаний водорода для измерения времени предложил еще в 1879 году английский физик лорд Кельвин, однако только к середине XX века это стало возможным.
Лорд Кельвин, предложивший идею атомных часов
Репродукция картины Губерта фон Геркомера (1907)
В 1930-х годах американский физик и первооткрыватель ядерного магнитного резонанса Исидор Раби начал работать над атомными часами с цезием-133, однако начало войны помешало ему. Уже после войны в 1949 году в Национальном комитете стандартов США с участием Гарольда Лайонсона были созданы первые молекулярные часы, использующие молекулы аммиака. Но первые такие приборы измерения времени не были точными, как современные атомные часы.
Относительно малая точность была связана с тем, что из-за взаимодействия молекул аммиака между собой и со стенками емкости, в которой находилось это вещество, изменялась энергия молекул, и их спектральные линии уширялись. Этот эффект очень похож на трение в механических часах.
Позднее, в 1955 году, Луи Эсссен из Национальной физической лаборатории Великобритании представил первые атомные часы на цезии-133. Эти часы накапливали ошибку в одну секунду за миллион лет. Прибор получил название NBS-1 и стал считаться цезиевым эталоном частоты.
Изобретатель Гарольд Лайонс (справа) с первыми молекулярными часами (1949 год)
Принципиальная схема атомных часов состоит из кварцевого генератора, контролируемого дискриминатором по схеме обратной связи. В генераторе используются пьезоэлектрические свойства кварца, тогда как в дискриминаторе происходят энергетические колебания атомов, так что колебания кварца отслеживаются сигналами от переходов с разных энергетических уровней в атомах или молекулах. Между генератором и дискриминатором находится компенсатор, настроенный на частоту атомных колебаний и сравнивающий ее с частотой колебаний кристалла.
Атомы, используемые в часах, должны обеспечивать стабильные колебания. Для каждой частоты электромагнитного излучения существуют свои атомы: кальция, стронция, рубидия, цезия, водорода. Или даже молекулы аммиака и йода.
Эталон времени
С появлением атомных приборов измерения времени стало возможным использовать их в качестве универсального эталона для определения секунды. С 1884 года Гринвичское время, считавшееся мировым стандартом, уступило место эталону атомных часов. В 1967 году решением 12-й Генеральной конференции мер и весов одну секунду определили как продолжительность 9192631770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133. Такое определение секунды не зависит от астрономических параметров и может воспроизводиться в любой точке планеты. Цезий-133, используемый в эталоне атомных часов, ─ единственный стабильный изотоп цезия со 100-процентной распространенностью на Земле.
Точность атомных часов увеличивается (по данным Национального института стандартов и технологий США)
Атомные часы используются и в спутниковой системе навигации; они необходимы для определения точного времени и координат спутника. Так, в каждом спутнике системы GPS установлены по четыре комплекта таких часов: два рубидиевых и два цезиевых, которые обеспечивают точность передачи сигнала в 50 наносекунд. На российских спутниках системы ГЛОНАСС тоже установлены цезиевые и рубидиевые атомные приборы измерения времени, а на спутниках разворачивающейся европейской геопозиционной системы Galileo ─ водородные и рубидиевые.
Точность водородных часов ─ самая высокая. Она составляет 0,45 наносекунды за 12 часов. По всей видимости, использование Galileo таких точных часов выведет эту навигационную систему в лидеры уже в 2015 году, когда на орбите будет 18 ее спутников.
Компактные атомные часы
Hewlett-Packard стала первой компанией, которая занялась разработкой компактных атомных часов. В 1964 году ею был создан цезиевый прибор HP 5060A размером с большой чемодан. Компания и дальше развивала это направление, но с 2005 года продала свое подразделение, разрабатывающее атомные часы, компании Symmetricom.
Цезиевые часы HP 5060A
В 2011 году специалисты Лаборатории Дрейпера и Сандийских национальных лабораторий разработали, а компания Symmetricom выпустила первые миниатюрные атомные часы Quantum. На момент выпуска они стоили порядка 15 тысяч долларов, были заключены в герметичный корпус размером 40 на 35 на 11 миллиметров и весили 35 граммов. Потребляемая мощность часов составляла менее 120 милливатт. Первоначально они были разработаны по заказу Пентагона и предназначались для обслуживания навигационных систем, функционирующих независимо от систем GPS, например, глубоко под водой или землей.
Уже в конце 2013 года американская компания Bathys Hawaii представила первые «наручные» атомные часы. В качестве основного компонента в них используется чип SA.45s производства компании Symmetricom. Внутри чипа располагается капсула с цезием-133. В конструкцию часов также входят фотоэлементы и маломощный лазер. Последний обеспечивает нагревание газообразного цезия, в результате чего его атомы начинают переходить с одного энергетического уровня на другой. Измерение времени как раз и производится за счет фиксирования такого перехода. Стоимость нового прибора составляет около 12 тысяч долларов.
Наручные атомные часы
Тенденции к миниатюризации, автономности и точности приведут к тому, что уже в недалеком будущем появятся новые устройства с использованием атомных часов во всех сферах человеческой жизни, начиная с космических исследований на орбитальных спутниках и станциях до бытового применениях в комнатных и наручных системах.