Atomové hodiny: historie a modernost

V minulosti se v roce 2012 změnilo čtyřicet pět let od chvíle, kdy se lidstvo rozhodlo použít atomové načasování pro co nejpřesnější měření času. V roce 1967 v Mezinárodní SI systém kategorie času přestala být určována astronomickými měřítky - nahradil je cesiový standard frekvence. Byl to ten, kdo získal nyní populární jméno - atomové hodiny. Přesný čas, který nám umožňují zjistit, má zanedbatelnou chybu o jednu vteřinu za tři miliony let, což nám dovoluje používat je jako standardní čas v kterékoli části světa.

Trochu historie

Samotná myšlenka používání vibrací atomů pro přesné měření času byla poprvé vyjádřena v roce 1879 britským fyzikem Williamem Thomsonem. V roli emitoru atomových rezonátorů navrhl tento vědec vodík. První pokusy o realizaci této myšlenky v praxi byly provedeny teprve ve 40. letech. dvacátého století. A první světové pracovní atomové hodiny se objevily v roce 1955 ve Velké Británii. Jejich tvůrcem byl britský fyzik-experimentátor Dr. Louis Essen. Hodiny pracovaly na základě vibrací atomů cesia-133 a díky tomu vědci konečně dokázali měřit čas mnohem přesněji než předtím. První přístroj Essen nechal chybu ne více než sekundu za každých sto let, ale následně přesnost měření chyba se násobí a chyba za sekundu může běžet pouze 2-3 miliony let.

Atomové hodiny: princip činnosti

Jak funguje toto mazaný "zařízení"? Jako generátor rezonanční frekvence se používají atomové hodiny energetických úrovní molekul nebo atomů na kvantové úrovni. Kvantová mechanika vytváří spojení mezi systémem "atomové jádro - elektrony" s několika diskrétními úrovněmi energie. Pokud je takový systém ovlivněn elektromagnetické pole s přísně nastavenou frekvencí, pak tento systém bude přecházet z nízké na vysokou úroveň. Je také možný inverzní proces: přechod atomu z vyšší úrovně na nižší, doprovázený zářením energie. Tyto jevy lze řídit a nastavit všechny energetické skoky, vytvářet něco jako oscilační obvod (nazývá se také atomový oscilátor). Jeho rezonanční frekvence bude odpovídat energetickému rozdílu sousedních úrovní atomového přechodu, děleného konstantou Planck.

Takový oscilační obvod má nepopiratelné výhody ve srovnání s jeho mechanickými a astronomickými předchůdci. Pro jeden takový atomový oscilátor bude rezonanční frekvence atomů jakékoli látky stejná, což nelze říci pro kyvadla a piezoelektrické krystaly. Kromě toho atomy nemění své vlastnosti v průběhu času a nenoste opotřebení. Proto jsou atomové hodiny velmi přesný a prakticky věčný chronometr.

Přesný čas a moderní technologie

Telekomunikační sítě, satelitní komunikace, GPS, NTP serveru, elektronické transakce na burze, online aukce, postup nákupu vstupenek přes internet - všechny tyto a mnohé další jevy již dlouho pevně zakotvena v našich životech. Ale kdyby lidstvo nevytvořilo atomové hodiny, nestalo by se. Přesná synchronizace času, která umožňuje minimalizovat případné chyby, zpoždění a zpoždění, umožňuje jedním cílem maximalizovat využití tohoto vzácného nenahraditelného zdroje, které mohou mít nikdy příliš mnoho.