В этом месяце физический мир стал немного зависеть от того, как ученые из CERN, Европейской лаборатории физики частиц, обнаружили аномалию в одном из своих экспериментов, который, казалось, показал, что некоторые частицы движутся быстрее света.

Сервер времени может обеспечить точность атомных часов

Разумеется, более быстрое, чем движение света для любой частицы, согласно специальной теории относительности Эйнштейна, но команда OPERA в ЦЕРНе, которая стреляла из нейтрино вокруг ускорителя частиц, путешествуя на 730 км, обнаружила, что нейтрино перемещали расстояние 20 частей на миллион быстрее, чем фотоны (легкие частицы), что означает, что они нарушили предел скорости Эйнштейна.

Хотя этот эксперимент может оказаться одним из самых важных открытий в физике, физики остаются скептическими, предполагая, что причиной может быть ошибка, возникающая в трудностях и сложностях измерения таких высоких скоростей и расстояний.

Команда в CERN использовала Серверы GPS время, переносные атомные часы и системы GPS-позиционирования, чтобы выполнить их вычисления, которые обеспечивали точность на расстоянии до 20cm и точность времени с точностью до 10 наносекунд. Тем не менее, объект находится под землей, а сигналы GPS и другие потоки данных должны быть подключены к эксперименту, что задержка, которую команда уверена, они учитывали при расчетах.

Физики из других организаций сейчас пытаются повторить эксперименты, чтобы увидеть, получают ли они те же результаты. Каким бы ни был результат, этот тип новаторских исследований возможен только благодаря точности атомных часов, которые способны измерять время до миллионных долей секунды.

Чтобы синхронизировать компьютерную сеть с атомными часами, вам не нужно иметь доступ к физическим лабораториям, таким как CERN, как простой NTP серверы времени как галеоны НТС 6001 будет получать точный источник времени атомных часов и поддерживать все аппаратные средства в сети в течение нескольких миллисекунд.

Большинство из нас думает, что мы знаем, что это такое. С первого взгляда на наши наручные часы или настенные часы, мы можем сказать, в какое это время. Мы также думаем, что у нас есть довольно хорошая идея двигаться вперед вперед, секунда, минута, час или день, достаточно четко определены; однако эти единицы времени полностью искусственны и не настолько постоянны, как мы думаем.

Время - абстрактное понятие, в то время как мы можем думать, что оно одинаково для всех, время зависит от его взаимодействия со Вселенной. Гравитация, например, как заметил Эйнштейн, имеет способность деформировать пространство-время, изменяя скорость, в которую проходит время, и пока мы все живем на одной и той же планете под теми же гравитационными силами, есть тонкие различия в скорости, в которой Время проходит.

Используя атомные часы, ученые могут установить эффект, который гравитация Земли имеет во времени. Высокий над уровнем моря атомные часы помещаются, быстрее перемещается время. Хотя эти различия являются минутными, эти эксперименты наглядно демонстрируют правильность постулатов Эйнштейна.

Атомные часы были использованы для демонстрации некоторых других теорий Эйнштейна относительно времени. В своих теориях относительности Эйнштейн утверждал, что скорость - еще один фактор, влияющий на скорость, с которой проходит время. Помещая атомные часы на орбитальные космические аппараты или летательные аппараты, движущиеся со скоростью, время, измеренное этими часами, отличается от часов, оставленных статическим на Земле, еще одним признаком того, что Эйнштейн был прав.

До атомных часов измерение времени до таких степеней точности было невозможным, но поскольку их изобретение в 1950 не только подтвердило постулаты Эйнштейна, но и мы обнаружили некоторые другие необычные аспекты того, как мы рассматриваем время.

В то время как большинство из нас думают о дне как 24-часы, каждый день имеют одинаковую длину, атомные часы показывают, что каждый день меняется. Более того, атомные часы также показали, что вращение Земли постепенно замедляется, а это означает, что дни становятся медленнее.

Из-за этих изменений во времени глобальная шкала времени в мире, UTC (Coordinated Universal Time) нуждается в периодических корректировках. Каждые шесть месяцев или около того добавляются секунды прыжка, чтобы обеспечить скорость UTC с той же скоростью, что и день Земли, что обуславливает постепенное замедление вращения планеты.

Для технологий, требующих высокой точности, эти регулярные корректировки времени учитываются протоколом времени NTP (Network Time Protocol), поэтому компьютерная сеть, использующая NTP-сервер времени всегда остается верным UTC.

Атомные часы - не недавнее изобретение. Разработанные в 1950, традиционные атомные часы на основе цезия предоставили нам точное время в течение полувека.

цезиевые атомные часы стала основой нашего времени - буквально. Международная система единиц (SI) определяют вторую, поскольку определенное количество колебаний атомного цезия и атомных часов управляют многими технологиями, которые мы живем с ежедневным использованием: Интернет, спутниковая навигация, управление воздушным движением и светофоры, чтобы назвать, но немного.

Однако последние разработки в оптических квантовых часах, которые используют одиночные атомы металлов, таких как алюминий или стронций, в тысячи раз точнее, чем традиционные атомные часы. Чтобы представить это в перспективе, лучшие атомные часы цезия, используемые институтами, такими как NIST (Национальный институт стандартов и времени) или NPL (Национальная физическая лаборатория) для управления глобальным временным масштабом в мире UTC (Coordinated Universal Time), с точностью до секунды каждые 100 миллионов лет. Однако эти новые квантовые оптические часы точны до секунды каждые 3.4 миллиардов лет - почти до тех пор, пока земля устарела.

Для большинства людей их единственная встреча с атомными часами - получение сигнала времени - это сетевой сервер времени or Устройство NTP (Network Time Protocol) для синхронизации устройств и сетей, и эти атомные тактовые сигналы генерируются с использованием цезиевых часов.

И пока ученые мира не смогут договориться о единственном атоме, который заменит цезий и единый дизайн часов для поддержания UTC, никто из нас не сможет воспользоваться этой невероятной точностью.

Атомные часы являются наиболее точными хронометрами, которые у нас есть. Они в миллионы раз более точны, чем цифровые часы, и могут удерживать время в течение сотен миллионов лет, не теряя при этом столько же секунды. Их использование революционизировало то, как мы живем и работаем, и они позволили использовать такие технологии, как спутниковые навигационные системы и глобальную онлайн-коммерцию.

Но как они работают? Как ни странно, атомные часы работают так же, как обычные механические часы. Но вместо того, чтобы иметь спиральную пружину и массу или маятник, они используют колебания атомов. Атомные часы не радиоактивны, так как они не полагаются на атомный распад, вместо этого они полагаются на крошечные колебания на определенных уровнях энергии (колебаниях) между ядром атома и окружающими электронами.

Когда атом получает энергию микроволн точно на правильной частоте, он изменяет энергетическое состояние, это постоянное постоянное и колебания могут быть измерены точно так же, как тики механических часов. Однако, пока механические часы гасят каждую секунду, атомные часы «тик» несколько миллиардов раз в секунду. В случае атомов цезия, наиболее часто используемых в атомных часах, они отмечают 9,192,631,770 в секунду, что в настоящее время является официальным определением секунды.

Атомные часы теперь управляют всем глобальным сообществом как универсальное временное шкала UTC (Coordinated Universal Time), основанный на атомных часах, был разработан для обеспечения синхронизации. UTC атомные тактовые сигналы могут быть получены сетевыми серверами времени, которые часто называются NTP-серверы, который может синхронизировать компьютерные сети в течение нескольких миллисекунд UTC.

От наручных часов до атомные часы и серверы времени NTP, понимание времени стало решающим для многих современных технологий, таких как спутниковая навигация и глобальная связь.

От времени до воздействия силы тяжести на время время имеет много странных и прекрасных аспектов, которые ученые только начинают понимать и использовать. Вот некоторые интересные, странные и необычные факты о времени:

• Время не отделено от пространства, время составляет то, что Эйнштейн назвал четырехмерным пространственным временем. Пространственное время может быть искажено гравитацией, что означает, что время замедляет тем больше гравитационное влияние. Благодаря атомные часы, время на земле может быть измерено на каждом последующем дюйме над земной поверхностью. Это означает, что ноги каждого тела моложе их головы, когда время идет медленнее, чем ниже, чем вы достигаете.

• Время также зависит от скорости. Единственной константой во Вселенной является скорость света (в вакууме), которая всегда одна и та же. Из-за известных теорий относительности Эйнштейна кто-то, путешествующий в непосредственной близости от скорости света, отправился к наблюдателю, который занял бы тысячи лет, прошел бы через несколько секунд. Это называется замедлением времени.

• В современной физике нет ничего, что бы запрещало путешествие во времени как вперед, так и назад во времени.

• Есть 86400 секунд в день, 600,000 за неделю, более 2.6 миллионов в месяц и больше, чем 31 миллионов в год. Если вы живете до 70 лет, то вы переживете через 5.5 миллиардов секунд.

• Наносекунда - это миллиардная часть секунды или примерно то время, которое требуется для прохождения света около 1 foot (30 см).

• День не длится 24. Вращение Земли постепенно ускоряется, что означает, что глобальный шкала времени UTC (скоординированное универсальное время) должна иметь секунды прыжка один или два раза в год. Эти секунды прыжка автоматически учитываются в любой синхронизации часов, которая использует NTP (Протокол сетевого времени), например выделенный сервер времени NTP.

После успеха датских исследователей, работающих в NIST (Национальный институт стандартов и времени), который обнародовал самые точные атомные часы в мире в начале этого года; Немецкий ученый вошел в гонку, чтобы построить самые точные часы в мире.

Исследователи из Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) в Германии используют новые методы спектроскопии для исследования атомных и молекулярных систем и надеются разработать часы, основанные на одном атоме алюминия.

мост атомные часы используемые для спутниковой навигации (GPS), в качестве ссылок для компьютерной сети NTP-серверы и управление воздушным движением традиционно основывалось на атоме цезия. Однако следующее поколение атомных часов, таких как тот, который был представлен NIST, который, как утверждается, был точным с точностью до секунды каждые 300 миллионов лет, использует атомы из других материалов, таких как стронций, которые, по утверждению ученых, могут быть потенциально более точными, чем цезий ,

Исследователи из PTB решили использовать одиночные атомы алюминия и считают, что они находятся на пути к разработке наиболее точных часов и полагают, что существует огромный потенциал для такого устройства, чтобы помочь нам понять некоторые из более сложных аспектов физики.

Нынешний сбор атомных часов позволяет использовать такие технологии, как спутниковая навигация, управление воздушным движением и сетевая синхронизация времени, используя NTP-серверы но считается, что повышение точности следующего поколения атомных часов может быть использовано для выявления некоторых более загадочных качеств квантовой науки, таких как теория струн.

Исследователи утверждают, что новые часы будут обеспечивать такую ​​точность, что они даже смогут измерить минуты различия в гравитации с точностью до каждого сантиметра над уровнем моря.

Ядерное оружие, компьютеры, GPS, атомные часы и углеродного датирования - атомов гораздо больше, чем вы думаете.

С начала двадцатого века человечество было одержим атомами и мелочами нашей вселенной. Во многом в первой половине прошлого века человечество стало одержимым использованием скрытой силы атома, раскрытой нам работой Альберта Эйнштейна и завершенной Робертом Оппенгеймером.

Однако для нашего исследования атома было гораздо больше, чем просто оружия. Изучение атомов (квантовая механика) лежит в основе большинства наших современных технологий, таких как компьютеры и Интернет. Он также находится на переднем крае хронологии - измерения времени.

Атом играет ключевую роль как в хронологии, так и в прогнозировании времени. Атомные часы, которые используются во всем мире с помощью компьютерных сетей, используя NTP-серверы и другие технические системы, такие как управление воздушным движением и спутниковая навигация.

Атомные часы работают, контролируя чрезвычайно высокочастотные колебания отдельных атомов (традиционно цезий), которые никогда не изменяются в конкретных энергетических состояниях. Поскольку атомы цезия резонируют в течение 9 миллиардов раз в секунду и никогда не изменят его частоту, он делает m очень точным (теряя менее секунды каждые 100 миллионов лет)

Но атомы также могут использоваться для разработки не только точного и точного времени, но также могут быть использованы для установления возраста объектов. Углеродное датирование - это имя, данное этому методу, который измеряет естественный спад атомов углерода. Все мы сделаны в основном из углерода и, как и другие элементы, «распады» углерода во времени, когда атомы теряют энергию за счет излучения ионизирующих частиц и излучения.

Однако в некоторых атомах, таких как уран, это происходит очень быстро, однако другие атомы, такие как железо, очень стабильны и очень медленно распадаются. Углерод, в то время как он распадается быстрее, чем железо, все еще медленно теряет энергию, но потери энергии точны с течением времени, поэтому, анализируя атомы углерода и измеряя их прочность, его можно довольно точно установить, когда первоначально образовался углерод.

Атомные часы оказали огромное влияние на нашу современную жизнь со многими технологиями, которые революционизировали то, как мы живем, опираясь на их сверхточные возможности сохранения времени.

Атомные часы сильно отличаются от других хронометров; обычные часы или часы будут держать время довольно точно, но будут проигрывать второй или два раза в день. С другой стороны, атомные часы не теряют секунду за миллионы лет.

На самом деле справедливо сказать, что атомные часы не измеряют время, а являются основами, на которых мы основываем наше восприятие времени. Позвольте мне объяснить, время, как показал Эйнштейн, является относительным, и единственной константой во Вселенной является скорость света (хотя и вакуум).

Поэтому время измерения с любой реальной точностью затруднено, так как даже гравитация на Земле сокращается, замедляя ее. Также практически невозможно установить время в любой точке отсчета. Исторически мы всегда использовали революцию Земли и ссылались на небесные тела в качестве основы для нашего времени (24 часов в день = один оборот Земли, 365 дней = один оборот земли вокруг Солнца и т. Д.).

К сожалению, вращение Земли не является точной системой отсчета, чтобы поддерживать наше время. Земля замедляется и ускоряется в своей революции, что означает, что несколько дней больше, чем другие.

Атомные часы однако использовали резонанс атомов (обычно цезий) в конкретных энергетических состояниях. Поскольку эти атомы вибрируют на точных частотах (или точном числе раз), это может быть использовано в качестве основы для сообщения времени. Таким образом, после развития атомных часов вторая была определена как более 9 млрд. Резонансных «тиков» атома цезия.

Ультратонкая природа атомных часов является основой для таких технологий, как спутниковая навигация (GPS), управление воздушным движением и интернет-трейдинг. Для синхронизации компьютерных сетей можно также использовать точную природу атомных часов. Все, что необходимо, - это NTP-сервер времени (Network Time Protocol),.
NTP-серверы получать время от атомных часов через широковещательный сигнал или сеть GPS, а затем распределять его между сетью, гарантируя, что все устройства имеют то же самое, сверхточное время.

Эти хронологические пионеры в NIST объединились с Университетом Колорадо и разработали самые точные атомные часы в мире на сегодняшний день. Часы на основе стронция почти в два раза точнее, чем текущие цезиевые часы, используемые для управления UTC (Coordinated Universal Time), поскольку он теряет всего одну секунду каждые 300 миллионов лет.

Стронций атомные часы в настоящее время рассматриваются как путь вперед в хронометрировании, поскольку достижимы более высокие уровни точности, которые просто невозможны с атомом цезия. Стронциумные часы, как и их предшественники, работают, используя естественную, но очень устойчивую вибрацию атомов.

Тем не менее, эти новые поколения часов используют лазерные лучи и чрезвычайно низкие температуры, близкие к абсолютному нулю, для управления атомами, и надеется, что это шаг вперед к созданию совершенно точных часов.

Эта предельная точность может показаться слишком завышенной и ненужной, но использование такой точности многократно, и когда вы рассматриваете технологии, которые были разработаны, основанные на первом поколении атомных часов, таких как GPS-навигация, NTP-сервером синхронизация и цифровое вещание, новый мир захватывающих технологий, основанный на этих новых часах, может быть только за углом.

Хотя в настоящее время глобальная шкала времени в мире, UTC, основана на времени, рассказанном созвездием цезиевых часов (и, кстати, так это определение второго как чуть более 9 миллиарда цезиевых клещей), считается, что когда Консультативный комитет по Время и частота в Бюро International des Poids et Mesures (МБМВ), затем он обсудит, следует ли сделать следующее поколение атомные часы новый стандарт.

Тем не менее, стронциевые часы - не единственный метод высокоточного времени. В прошлом году квантовые часы, также разработанные в NIST, управляли точностью 1 секунды в 1 миллиардов лет. Однако этот тип часов не может контролироваться напрямую и требует более сложной схемы мониторинга времени.

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.