Является ли атомное время радиоактивным?

An Атомные часы сохраняет время лучше, чем любые другие часы. Они даже держат время лучше, чем вращение Земли и движение звезд. Без атомных часов GPS-навигация была бы невозможна, Интернет не синхронизировался, а положение планет не было бы известно с достаточной точностью для запуска космических зондов и посадочных аппаратов.

Атомные часы не являются радиоактивными, он не полагается на атомный распад. Скорее, атомные часы имеют колеблющуюся массу и пружину, как обычные часы.

Большая разница между стандартными часами в вашем доме и атомными часами заключается в том, что колебание в атомных часах находится между ядром атома и окружающими электронами. Это колебание не является точно параллельным балансовому колесу и волосам часовых часов, но факт заключается в том, что оба используют колебания, чтобы отслеживать время прохождения. Частоты колебаний в атоме определяются массой ядра, гравитационной и электростатической «пружиной» между положительным зарядом на ядре и окружающим его электронным облаком.

Каковы типы атомных часов?

Сегодня, хотя существуют разные типы атомных часов, принцип, лежащий в их основе, остается неизменным. Основное различие связано с используемым элементом и средством обнаружения, когда изменяется энергетический уровень. Различные типы атомных часов включают в себя:

В атомных часах цезия используется пучок атомов цезия. Часы отделяют атомы цезия разных уровней энергии магнитным полем.

Водородные атомные часы поддерживают атомы водорода на требуемом уровне энергии в контейнере со стенками специального материала, так что атомы не теряют свое более высокое энергетическое состояние слишком быстро.

В атомных часах Rubidium, простейших и самых компактных, используется стеклянная ячейка рубидиевого газа, которая меняет поглощение света на оптической частоте рубидия, когда окружающая микроволновая частота находится в правильном направлении.

Самые точные коммерческие атомные часы, доступные сегодня, используют атом цезия и нормальные магнитные поля и детекторы. Кроме того, атомы цезия прекращаются от застегивания назад и вперед лазерными лучами, уменьшая небольшие изменения частоты из-за эффекта Допплера.

Когда изобрели атомные часы? атомные часы

В 1945 профессор физики Колумбийского университета Исидор Раби предположил, что часы могут быть сделаны из техники, разработанной им в 1930, называемом магнитным резонансом атомного пучка. В 1949 Национальное бюро стандартов (НБС, ныне Национальный институт стандартов и технологий, NIST) объявила первые атомные часы в мире, используя молекулу аммиака в качестве источника вибраций, а 1952 объявила о первых атомных часах с использованием атомов цезия в качестве источника вибрации NBS-1.

В 1955 Национальная физическая лаборатория (NPL) в Англии построили первые атомные часы с цезием, используемые в качестве источника калибровки. В течение следующего десятилетия были созданы более совершенные формы атомных часов. В 1967 13th Генеральная конференция по весам и мерам определила SI секунду на основе колебаний атома цезия; система поддержания времени в мире больше не имела астрономической основы в этот момент! NBS-4, самые стабильные целые атомные часы цезия, был завершен в 1968 и использовался в 1990 как часть временной системы NPL.

В 1999 NPL-F1 начал работу с неопределенностью частей 1.7 в 10 до 15th мощности или точностью до примерно одной секунды за 20 миллионов лет, сделав ее наиболее точными атомными часами, когда-либо сделанными (различие, разделенное с аналогичным стандартом в Париж).

Как измеряется время атомных часов?

Правильная частота для конкретного резонанса цезия теперь определяется международным соглашением как 9,192,631,770 Гц, так что при делении на это число выход составляет точно 1 Гц или цикл 1 в секунду.

Долгосрочная точность, достигаемая современными атомными часами цезия (наиболее распространенный тип), лучше, чем одна секунда на миллион лет. Водородные атомные часы показывают лучшую кратковременную (одну неделю) точность, приблизительно в 10 раз превышающую точность атомных часов цезия. Поэтому атомные часы увеличили точность измерения времени примерно в миллион раз по сравнению с измерениями, выполненными с помощью астрономических методов.

Синхронизация с атомными часами

Самый простой способ синхронизировать с атомными часами - использовать выделенный сервер NTP, Эти устройства получат либо GPS-сигнал с тактовой частотой, либо радиоволны из таких мест, как NIST или NPL.

Приемник атомных часов MSF

Управляющий радиосигнал для Национальная физическая лабораторияатомные часы передаются по сигналу MSF 60kHz через передатчик на, CumbriaAnthorn, управляемый British Telecom. Этот сигнал радиоизлучения с тактовым сигналом должен иметь диапазон 1,500 км или 937.5 миль. Разумеется, все Британские острова находятся в пределах этого радиуса.
Роль Национальной физической лаборатории в качестве хранителя национальных стандартов времени заключается в обеспечении того, чтобы временная шкала Великобритании соответствовала согласованному универсальному времени (UTC) с наивысшим уровнем точности и предоставляла это время в Великобритании. В качестве примера MSF (MSF, являющийся трехбуквенным сигналом вызова для идентификации источника сигнала) радиовещанием, предоставляет сигнал времени для электронной торговли акциями, часов на большинстве железнодорожных станций и для говорящих часов BT.

DC атомные часы получатель

Управляющий радиосигнал для немецких часов передается по длинной волне от передатчика DCF 77kHz в Mainflinger, недалеко от Диберга, в нескольких 25 км к юго-востоку от Франкфурта - передатчика немецких национальных стандартов времени. Это похоже на работу с передатчиком Камбрии, однако есть две антенны (радиомачты), поэтому сигнал радиолампового тактового сигнала может поддерживаться в любое время.

Длинная волна является предпочтительной радиочастотой для передачи бинарных сигналов двоичного кода времени с атомным тактовым сигналом, поскольку она наиболее последовательно выполняется в стабильной нижней части ионосферы. Это связано с тем, что длинноволновый сигнал, несущий временный код на ваши часы, движется двумя способами; прямо и косвенно. Между 700 км (437.5 миль) до 900 км (562.5 миль) каждого передатчика несущая волна может перемещаться непосредственно к часам. Радиосигнал также достигает момента времени, отталкиваясь от нижней части ионосферы. В часы дневного света часть ионосферы, называемая слоем «D» на высоте некоторого 70 км (43.75 мили), отвечает за отражение длинноволнового радиосигнала. В часы темноты, когда солнечное излучение не действует извне атмосферы, этот слой поднимается на высоту около 90 км (56.25 миль), становясь «слоем E» в этом процессе. Простая тригонометрия покажет, что отраженные таким образом сигналы будут двигаться дальше.

Этот передатчик обеспечивает большую часть территории Европейского Союза, облегчая прием для тех, кто широко путешествует по Европе. Немецкие часы устанавливаются в центральноевропейское время - на час раньше британского времени, следуя межправительственному решению, с 22nd October, 1995, время Великобритании всегда будет на 1 час меньше, чем в европейском времени, и продвигаясь как в Великобритании, так и в континентальной Европе и замедляя часы в одно и то же время.

Атомный кластер WVVBk приемник

Радиоатомная система часов доступна в Северной Америке, созданной и эксплуатируемой NIST - Национальный институт стандартов и технологий, расположенный в Форт-Коллинзе, штат Колорадо.

WWVB имеет высокую мощность передатчика (50,000 Вт), очень эффективную антенну и чрезвычайно низкую частоту (60,000 Гц). Для сравнения, обычная радиостанция AM транслируется с частотой 1,000,000 Гц. Комбинация высокой мощности и низкой частоты дает радиоволнам от MSF много отскоков, и поэтому эта отдельная станция может охватить все континентальные Соединенные Штаты, а также большую часть Канады и Центральной Америки.

радиоатомные часы временные коды отправляются из WWVB с использованием одной из самых простых систем и с очень низкой скоростью передачи данных в 1 бит в секунду. Сигнал 60,000 Hz всегда передается, но каждую секунду он значительно уменьшается в мощности в течение периода 0.2, 0.5 или 0.8 секунд:

• 0.2 секунд пониженной мощности означает двоичный нуль. • 0.5 секунд пониженной мощности является двоичным. • 0.8 секунд пониженной мощности - это разделитель.

Временной код отправляется в BCD (двоично-кодированное десятичное число) и указывает минуты, часы, день года и год, а также информацию о летнем времени и високосных годах. Время передается с использованием бит 53 и разделителей 7, и поэтому для передачи требуется 60 секунд.

Часы или часы могут содержать чрезвычайно малую и относительно простую радиоантенную антенну и приемник для декодирования информации в сигнале и точное время атомных часов. Все, что вам нужно сделать, это установить часовой пояс, а атомные часы отобразят правильное время.

Узнав, что это такое, мы все считаем само собой разумеющимся. Часы повсюду, и взгляд на наручные часы, башня с часами, экран компьютера или даже микроволновая печь расскажут нам, что это такое. Однако говорить о том, что время не всегда так просто.

Часы не доходили до средневековья, и их точность была невероятно бедной. Истинная точность определения времени не была достигнута только после прибытия электронных часов в девятнадцатом веке. Однако многие современные технологии и приложения, которые мы считаем само собой разумеющимися в современном мире, такие как спутниковая навигация, управление воздушным движением и интернет-трейдинг, требуют точности и точности, которые намного превосходят электронные часы.

Атомные часы на сегодняшний день являются наиболее точными приборами для определения времени. Они настолько точны, что глобальная шкала времени в мире, основанная на них (Всемирное координированное время) приходится иногда корректировать с учетом замедления вращения Земли. Эти корректировки принимают форму дополнительных секунд, известных как секунды прыжка.

Точность атомных часов настолько точная, что даже через секунду не теряется ни секунды, в то время как электронные часы по сравнению теряют секунду за неделю.

Но действительно ли эта точность необходима? Когда вы смотрите на такие технологии, как глобальное позиционирование, тогда да. Спутниковые навигационные системы, такие как GPS, работают по триангуляционным сигналам времени, генерируемым атомными часами на борту спутников. Поскольку эти сигналы передаются со скоростью света, они перемещаются почти на 100,000 км каждую секунду. Любая неточность в часах, даже тысячная секунда, могла видеть информацию о местоположении через мили.

Компьютерные сети, которые должны взаимодействовать друг с другом по всему миру, должны гарантировать, что они работают не просто точное время, но также синхронизируются друг с другом. Любые транзакции, выполняемые в сетях без синхронизации, могут приводить к возникновению любых ошибок.

Форт его использования компьютерных сетей NTP (Протокол сетевого времени) и сетевые серверы времени часто называемый NTP-сервером, Эти устройства получают синхронизирующий сигнал от атомных часов и распределяют его между сетью, при этом сеть обеспечивается как можно более точная и точная.

Точность в рассказе о времени никогда не была так важна, как сейчас. Ультра точный атомные часы являются основой многих технологий и инноваций двадцатого века. Интернет, спутниковая навигация, управление воздушным движением и глобальное банковское обслуживание - всего лишь несколько приложений, которые зависят от особо точного учета времени.

Проблема, с которой мы столкнулись в современную эпоху, состоит в том, что наше понимание того, что время сильно изменилось за последнее столетие. Раньше считалось, что время было постоянным, неизменным и что мы путешествовали вперед вовремя с той же скоростью.

Измерение времени было прямым. Каждый день, управляемый революцией Земли, был разделен на 24 равных сумм - час. Однако, после открытий Эйнштейна в течение прошлого века, вскоре было обнаружено, что время не было постоянным и могло меняться для разных наблюдателей, поскольку скорость и даже гравитация могут замедлить его.

По мере того как наш хронометраж стал более точным, стала очевидной еще одна проблема, и это был старый метод отслеживания времени, используя вращение Земли, не был точным методом.

Из-за гравитационного влияния Луны на наши океаны спина Земли спорадична, иногда отстает от часа 24 и иногда работает дольше.

Атомные часы были разработаны, чтобы как можно точнее сохранить время. Они работают, используя неизменные колебания электрона атома при изменении орбиты. Это «тикание» атома происходит более девяти миллиардов раз в секунду в атомах цезия, что делает их идеальной основой для часов.

Это сверхточное время атомных часов (известное официально как Международное атомное время - TAI) является основой для официальных временных масштабов мира, хотя из-за необходимости сохранять временные рамки параллельно с вращением Земли (важно при работе с дополнительными наземными телами такие как астрономические объекты или даже спутники), добавленные секунды, известные как прыжок второй, добавляются в TAI, эта измененная временная шкала известна как UTC - Всемирное координированное время.

UTC - это шкала времени, используемая предприятиями, промышленностью и правительствами по всему миру. Поскольку это управляется атомными часами, это означает, что весь мир может обмениваться данными с использованием того же временного масштаба, управляемого сверхточными атомными часами. Компьютерные сети во всем мире получают это время, используя NTP-серверы (Network Time Protocol), гарантируя, что каждый будет иметь одно и то же время в течение нескольких миллисекунд.

Атомные часы хорошо известны за то, что они точны. Большинство людей, возможно, никогда его не видели, но, вероятно, знают, что атомные часы сохраняют точное время. Фактически современные атомные часы будут держать точное время и не потерять секунду за сто миллионов лет.

Эта точность может показаться излишней, но множество современных технологий полагаются на атомные часы и требуют такого высокого уровня точности. Прекрасным примером являются спутниковые навигационные системы, которые теперь можно найти в большинстве автомобилей. GPS опирается на атомные часы, потому что спутниковые сигналы, используемые в триангуляции, движутся со скоростью света, которая за одну секунду может покрыть почти 100,000 км.

Таким образом, можно увидеть, как некоторые современные технологии полагаются на этот ультраточный хронометраж с атомных часов, но их использование здесь не прекращается. Атомные часы регулируют глобальные временные рамки мира UTC (Всемирное координированное время), и они также могут использоваться для синхронизации компьютерных сетей.

Может показаться крайним использование этой наносекундной точности для синхронизации компьютерных сетей, но так как многие тайные транзакции проводятся через Интернет с такими сделками, как фондовая биржа, где цены могут падать или повышаться каждую секунду, можно увидеть, почему атомные часы используемый.

Чтобы получить время от атомных часов, выделенное NTP-сервером является самым надежным и точным методом. Эти устройства получают сигнал времени, передаваемый либо атомными часами из национальных физиче- ских лабораторий, либо непосредственно из атомных часов на борту спутников GPS.

Используя специальный NTP-сервером компьютерная сеть будет более безопасной, и поскольку она будет синхронизирована с UTC (глобальная шкала времени), она фактически будет синхронизирована с любой другой компьютерной сетью с использованием NTP-сервера.

Синхронизация времени играет все более важную роль в современном мире, когда все больше технологий зависит от точного и надежного времени.

Синхронизация времени не только важна, но также может иметь решающее значение для безопасного функционирования таких систем, как управление воздушным движением, которое просто не может функционировать без точной синхронизации. Подумайте о катастрофах, которые могли произойти в воздухе самолетов, не синхронизировались друг с другом?

В глобальной торговле очень важна слишком точная и надежная синхронизация времени. Когда мировые фондовые рынки открываются утром, а трейдеры со всего мира покупают акции на своих компьютерах. Поскольку акции колеблются второй раз, если машины не синхронизированы, это может стоить миллионы.

Но синхронизация также необходима в современных компьютерных сетях; он защищает системы и обеспечивает надлежащее управление и отладку систем. Даже если компьютерная сеть не участвует в каких-либо чувствительных к времени транзакциях, отсутствие синхронизации может стать уязвимым для вредоносных атак, а также может быть восприимчиво к потере данных.

Точная синхронизация возможна в компьютерных сетях благодаря двум разработкам: UTC и NTP.

UTC - это универсальное время, ориентированное на временные рамки, оно основано на GMT, но контролируется массивом атомных часов, что делает его точным с точностью до нескольких наносекунд.

NTP - это программный протокол - Network Time Protocol, предназначенный для точной синхронизации компьютерных сетей с одним источником времени. Обе эти реализации объединяются в единое устройство, которое полагается на мир для синхронизации компьютерных сетей - NTP-сервером.

An NTP-сервер времени or сетевой сервер времени это устройство, которое получает время от атомных часов, источника UTC и распространяет его по сети. Поскольку источник времени постоянно проверяется сервером времени и находится от атомных часов, он делает сеть точной с точностью до нескольких миллисекунд UTC, обеспечивая синхронизацию в глобальном масштабе.

Это время года снова, когда мы теряем час в выходные, когда часы идут вперед British Summer Time, Два раза в год мы меняем часы, но в возрасте UTC (Coordinated Universal Time) и синхронизация времени сервера действительно ли это необходимо?

Изменение часов - это то, что обсуждалось незадолго до первой мировой войны, когда лондонский строитель Уильям Уиллет предложил эту идею как способ улучшения здоровья нации (хотя его первоначальная идея заключалась в том, чтобы продвигать часы двадцать минут в каждое воскресенье апреля).

Его идея не была принята, хотя она засела семена идеи, и когда началась Первая мировая война, она была принята многими народами как способ сэкономить и максимизировать дневной свет, хотя многие из этих стран отказались от концепции после войны, в том числе несколько Великобритания и США сохранили это.

Переход на летнее время изменился с годами, но с 1972 он остался как британское летнее время (BST) летом и Greenwich Meantime зимой (GMT). Однако, несмотря на использование почти столетия, изменение часов остается спорным. В течение четырех лет Британия экспериментировала без изменения дневного света, но была доказана непопулярная в Шотландии и на Севере, где утро было темнее.

Этот прыжок в масштабе времени действительно вызывает путаницу (я один пропустил этот час в постели в воскресенье), но по мере того, как мир торговли принимает глобальный гражданский временной шкал (который, к счастью, совпадает с GMT, так как UTC корректируется с секундомерами, чтобы гарантировать, что GMT не зависит от замедления вращения Земли), это все еще необходимо?

Мир синхронизации времени, конечно, не нуждается в настройке на летнее время. UTC - это то же самое во всем мире и благодаря таким устройствам, как NTP-сервером могут быть синхронизированы, поэтому весь мир работает в одно и то же время.

С различными сокращениями и временными шкалами мир синхронизации времени может быть довольно запутанным, вот некоторые часто задаваемые вопросы, которые, как мы надеемся, помогут просветить вас.

Что такое NTP?

NTP это протокол, предназначенный для синхронизации компьютерных сетей через Интернет или локальную сеть (локальные вычислительные сети). Это не единственный Синхронизация времени доступный протокол, но он наиболее широко используется и самый старый был задуман в конце 1980.

Каковы UTC и GMT?

UTC или Coordinated Universal Time - глобальная шкала времени, она управляется высокоточными атомными часами, но сохраняет то же самое, что и GMT (Greenwich Meantime) с использованием секунд прыжка, добавляется, когда вращение Земли замедляется. Строго говоря, GMT - старая гражданская шкала времени и основана на том, что солнце находится выше линии меридиана, однако, поскольку две системы идентичны во времени благодаря прыжковым секундам, UTC часто упоминается как GMT и наоборот.

И NTP Time Server?

Это устройства, которые синхронизируют компьютерную сеть с UTC, получая сигнал времени и распределяя его с протоколом NTP, который гарантирует, что все устройства работают точно с привязкой по времени.

Где взять время UTC?

Существует два безопасных способа получения UTC. Первый заключается в использовании сигналов длинных волн, передаваемых по NIST (WWVB) NPL в Великобритании (MSF) и немецкой NPL (DCF). Другой метод - использовать сеть GPS. Спутники GPS передают атомный тактовый сигнал, который может быть использован и преобразован в UTC с помощью GPS NTP-сервером.

Сервер GPS NTP это специализированное устройство, которое использует сигнал времени из сети GPS (Global Positioning System). GPS теперь является общим инструментом для автомобилистов со спутниковыми навигационными устройствами, установленными на большинстве новых автомобилей. Но GPS - это гораздо больше, чем просто помощь для позиционирования, в самом сердце сети GPS есть атомные часы которые находятся внутри каждого спутника GPS.

Система GPS работает, передавая время с этих часов вместе с положением и скоростью спутника. Приемник спутниковой навигации будет работать, когда он получит это время, сколько времени потребуется, и, следовательно, насколько далеко прошел сигнал. Используя три или более из этих сигналов, спутниковое навигационное устройство может работать точно там, где оно есть.

GPS может делать это только из-за атомных часов, которые он использует для передачи сигналов времени. Эти сигналы времени перемещаются, как и все радиосигналы, со скоростью света, поэтому погрешность всего лишь 1 миллисекунды (1 / 1000 секунды) может привести к тому, что спутниковая навигация будет достигать 300 километров.

Поскольку эти часы должны быть настолько точными, они создают идеальный источник времени для NTP-сервер времени, NTP (Протокол сетевого времени) - это программное обеспечение, которое распределяет время от сервера времени до сети. Время GPS и UTC (скоординированное всеобщее время) гражданские временные рамки не совсем одно и то же, но основаны на том же временном масштабе, поэтому NTP не имеет проблем с его преобразованием. Использование выделенного Сервер GPS NTP сеть может быть реалистично синхронизирована с точностью до нескольких миллисекунд UTC

GPS-часы это еще один термин, GPS сервером времени, Сеть GPS состоит из активных спутников 21 (и нескольких запасных) миль 10,000 на орбите над Землей, и каждый спутник крутит Землю два раза в день. Разработанный для спутниковой навигации, GPS-приемнику требуется как минимум три спутника для поддержания позиции. Однако в случае GPS-часов требуется только один спутник, что значительно упрощает получение надежного сигнала.

Каждый спутник непрерывно передает свою собственную позицию и временный код. Временной код генерируется встроенными атомными часами и является очень точным, он должен быть таким, что эта информация используется приемником GPS для триангуляции позиции, и если бы это было всего лишь половина секунды, то модуль Sat Nav был бы неточным для тысяч миль.

Большинство людей смутно слышали о Атомные часы и пусть они знают, что такое, но очень мало людей знают, насколько важны атомные часы для повседневной жизни в двадцать первом веке.

Существует так много технологий, которые зависят от атомных часов и без многих задач, которые мы считаем само собой разумеющимися, было бы невозможно. Управление воздушным движением, спутниковая навигация и интернет-трейдинг - это лишь некоторые из приложений, которые зависят от ультраточной хронометрии атомных часов.

Именно то, что Атомные часы есть, часто неправильно понимается. Простыми словами атомные часы - это устройство, которое использует колебания атомов в разных энергетических состояниях для подсчета тиков между секундами. В настоящее время цезий является предпочтительным атомом, потому что он имеет более 9 миллиардов клещей каждую секунду, и поскольку эти колебания никогда не меняются, он делает их очень точным методом поддержания времени.

Атомные часы, несмотря на то, что многие люди утверждают, только когда-либо встречаются в крупных лабораториях физики, таких как NPL (Национальная физическая лаборатория Великобритании) и NIST (Национальный институт стандартов и времени США). Часто люди предполагают, что у них есть атомные часы, которые контролируют свою компьютерную сеть или что у них есть атомные часы на их стене. Это неверно, и люди говорят о том, что у них есть часы или сервер времени, который получает время от атомных часов.

Устройства, подобные NTP-сервер времени часто получают сигналы атомных часов из таких мест, как NIST или NPL, через длинную волну радио. Другим методом получения времени от атомных часов является использование сети GPS (Глобальная система позиционирования).

Сеть GPS и спутниковая навигация на самом деле являются хорошим примером того, почему синхронизация атомных часов очень нужна с таким высоким уровнем точности. Современные атомные часы, такие как обнаруженные в NIST, NPL и внутри орбитальных спутников GPS, точны с точностью до секунды каждые 100 миллионов лет или около того. Эта точность имеет решающее значение, когда вы изучаете, как работает GPS-навигационная система автомобилей.

Система GPS работает путем триангуляции сигналов времени, отправленных с трех или более отдельных спутников GPS и их бортовых атомных часов. Поскольку эти сигналы движутся со скоростью света (почти 100,000km в секунду), погрешность даже одной цельной миллисекунды может вывести навигационную информацию за килобайт 100.

Этот высокий уровень точности также необходим для таких технологий, как управление воздушным движением, обеспечивающее безопасность нашего переполненного неба, и даже критично для многих интернет-транзакций, таких как торговля производными инструментами, где стоимость может расти и падать каждую секунду.