Как получают точное время?

Наша способность определять время с необычайной точностью преобразила современный мир. Многие из поистине поразительных технологий возможны только благодаря изобретению очень точных часов. Мобильные телефоны, электростанции, спутниковая навигация – все они основаны на нашей способности определять время с точностью до миллиардной доли секунды.

Но определить время с такой невероятной точностью – это на удивление трудная задача, и чтобы выяснить, как это делают, нам нужно сначала завести часы.

Когда-то узнать время было просто: когда Солнце вставало – был день, а когда всходила Луна – была ночь. Но не было действительно точного способа узнать время, пока 350 лет назад голландец Кристиан Гюйгенс не изобрел часы с маятником.

clockЧасы с маятником позволяли измерять время с точностью до секунды, но хотя они были очень точными, часы у всех людей показывали немного разное время в зависимости от того, где они жили.

Сначала это не создавало проблем до промышленной революции и появления железных дорог. Ведь для того, чтобы железные дороги работали, нужно иметь надежное расписание. Но, как это ни странно, до 19 века каждый город и поселок устанавливал свое собственное время. Например, в Лондоне могло быть 11:35, а в Глазго – 11:19. А это никуда не годится, если вы пытаетесь определить, когда вам нужно успеть на поезд.

Решили настраивать все часы по одним эталонным часам, поэтому с 1 декабря 1847 года часы в Великобритании, а потом и во всем мире устанавливали по времени, которое измеряют в Гринвиче. Его стали называть гринвичским средним временем. Позднее его обессмертили британские говорящие часы.

Гринвичское среднее время было огромным шагом вперед. И хотя по-прежнему отказывались приходить вовремя, по крайней мере теперь все могли установить, насколько они опаздывают.

Но к середине 20 века определять время с точностью до секунды всем уже было недостаточно, особенно физикам хотелось большей точности. Проблема заключалась в том, что все механические маятники тикают со слегка разными скоростями, на них влияют изменения атмосферных условий, таких, как температура и влажность. Ученые понимали, что каким-то образом им нужно создать более точный маятник.

Прорыв произошел в 1949 году, когда ученые создали первые в мире атомные часы. В Национальном институте стандартов и технологий в Болдере, штат Колорадо, находятся самые точные часы в мире, они измеряют время с точностью, эквивалентной одной секунде в 70 миллионов лет. это означает, что если бы мы поставили часы в те времена, когда вокруг бродили тираннозавры 70 миллионов лет назад, и они бы работали все это время, они не ушли бы вперед и не отстали бы больше, чем на секунду.

Пускай атомные часы выглядели так, будто их собрали из кусков сомнительных водопроводных труб и сломанного Лего, но эти высокотехнологичные устройства должны были преобразить мир.

Вот заложенная в атомные часы идея: вместо использования механического маятника они используют атомный. Прорыв наступил, когда ученые обнаружили, что все атомы колеблются с регулярной частотой. Они быстро поняли, что могут сосчитать эти колебания, и использовать их для измерения секунды так же, как измеряют колебания обычного маятника.

В результате появились цезиевые атомные часы, и ученые объявили, что официальная продолжительность секунды составляет точно 9192631770 колебания атома цезия.

Вскоре каждая развитая страна в мире создала собственные атомные часы. Именно тогда обнаружили проблему вековой давности: все атомные часы показывали чуть-чуть разное время. Поэтому все еще не существовало универсального времени для всего мира.

Чтобы решить эту проблему, ученые решили сравнить время, зарегистрированное тремястами различными атомными часами, расположенными более, чем в 60 странах по всему миру.

Замок в Париже – это место, куда стекается вся информация. Чтобы точно определить, который час, сначала регистрируют время, показанное каждыми из разных часов по всему миру, а затем высчитывают среднее значение. В результате возникло то, что называют всеобщим скоординированным временем.

Всеобщее скоординированное время – это те эталонные часы, по которым устанавливают все другие часы. Но есть одна загвоздка: уходят недели на то, чтобы сравнить данные всех этих часов, поэтому они не могут сообщить вам точное время, а только время 6 недель назад. Всеобщее скоординированное время, как поняли в Международном бюро мер и весов, это не реальное время, это факт из прошлого.

И это не единственная проблема. Используя атомные часы, ученые обнаружили, что день на тысячные доли секунды длиннее, чем был в 1900 году. Это потому, что вращение Земли постепенно замедляется из-за влияния приливов. Это может означать, что однажды в отдаленном будущем наши часы могут сказать нам, что сейчас полдень, но Солнце уже будет садиться.

Поэтому ученые нашли хитроумное решение – секунду координации. Каждые несколько лет они регулируют универсальное скоординированное время, прибавляя лишнюю секунду или к 30 июня или к 31 декабря. Фактически, с тех пор, как мы начали использовать атомные часы для измерения времени, добавили всего 33 секунды координации.

Комментарии: