По мере приближения летнего времени вы увидите множество напоминаний о том, как перевести часы на час вперед, перед тем как идти спать в субботу вечером. Это заставило нас задуматься о часах, которые устанавливают сами. Эти радиоуправляемые часы, широко доступные всего за 10 или 15 долларов, приобретают все большую популярность, поскольку они автоматически приспосабливаются к временным сдвигам и будут работать практически в любой точке континентальной части США. Возможно, вы уже являетесь владельцем одного из них. Но вы можете не знать, как они работают.
Связанный контент
- Может ли Звук объяснить тайну 350-летних часов?
Низкотехнологичный внешний вид этих часов скрывает тщательно продуманную систему точного согласования с тем, что Национальный институт стандартов и технологий считает официальным временем: часы, откалиброванные по движению скопления атомов цезия в Боулдере, штат Колорадо. Размещенные в лаборатории физических измерений NIST, это официальные атомные часы, которые хранят время для всей страны.
Сложный аппарат, известный как NIST-F1, является последним в линейке высокотехнологичных атомных часов и был официально принят в качестве стандарта времени США в 1999 году. Точность NIST-F1 постоянно повышается, и с 2010 года ученые рассчитано, что его неопределенность была уменьшена до такой степени, что он не будет ни выигрывать, ни терять ни секунды в течение 100 миллионов лет.
Эта степень точности достигается сложной технологической установкой. В 1967 году Международное бюро мер и весов официально определило одну секунду как время, которое требуется одному атому цезия для перехода между уровнями энергии определенное число раз, то есть частоту естественного резонанса цезия. NIST-F1 известен как атомные часы с цезиевым фонтаном, потому что он использует массив лазеров, подобный фонтану, для манипулирования атомами цезия и определения этой частоты с максимально возможной точностью.
Внутри устройства шесть мощных лазеров нацелены на газ, содержащий атомы цезия, замедляя их движение и охлаждая их до температуры, составляющей лишь миллионные доли градуса выше абсолютного нуля. Затем пара вертикальных лазеров толкает комок атомов цезия примерно на метр вверх в полость, которая заполнена микроволновым излучением. Когда он дрейфует вниз, другой лазер направлен на атомы и определяет, сколько их было изменено микроволнами. Ученые откалибруют микроволновую частоту, чтобы максимизировать количество затронутых атомов.
NIST использует эту меру резонансной частоты цезия в качестве официальной секунды для основного стандарта времени США. Но как это добраться до ваших радиоуправляемых часов? Официальный стандарт времени отправляется на WWVB, коротковолновую радиостанцию NIST в Форт-Коллинз, штат Колорадо. Раз в минуту WWVB использует пять антенн для передачи цифрового кода, указывающего официальное время - включая год, дату, час, минуту и действует ли переход на летнее время - по всей стране.
Большинство радиоуправляемых часов запрограммированы на прием этого сигнала один раз в день со встроенными приемниками и соответственно калибруют их время. Эксперты говорят, что ваши радиоуправляемые часы будут работать лучше всего, когда они расположены рядом с окном, обращенным к источнику вещания, Форт Коллинз. Многие другие страны имеют свои собственные официальные трансляции времени, основанные на других атомных часах.
Часы, которые остаются точными в течение 100 миллионов лет, довольно хороши, верно? Не для NIST. В 2010 году они объявили об успехах в разработке новых «квантовых логических часов», которые держат время на основе одного атома алюминия. Исследователи сообщают, что новые часы не выиграют и не потеряют ни секунды за 3, 7 миллиарда лет, назвав их самыми точными в мире.
Так что в этом году, если ваши часы автоматически подскочат на час вперед в 2 часа ночи в воскресенье, помните, что причиной является сложная установка лазеров и атомов за тысячи километров. Мы уверены, что прошли долгий путь от просмотра солнечных часов и заводных часов.
