Първият световен атомни часовници ще запази времето на вашето пътуване до Марс

Джон Патерсън е скромен часовник в Кауаи, Хавай, който през последните пет години тихо прави първия в света потребителски атомни часовници. Нека минават хиляда години и този часовник ще загуби само секунда в точността. Вземи го дълбоко под водата, вътре в ад: Времето продължава да тиктака. Или, ако се чувствате авантюристично, отведете го в космоса. Занесете го на Марс.

Тя ще запази времето.

Патерсън има докторска степен. в неврологията, но той е излял собствената си мозъчна сила в часовникарството. Той управлява компанията си, Батис Хавай, от къщата си в градината. „Философията винаги е била, че това не е просто богат човек, който заслужава да има хубав часовник“, казва той обратен, Бати идва от гръцката дума “ bathus, "Което означава" дълбоко "- буквално и в преносен смисъл. Докато часовниците му ще останат верни на големи дълбочини, атомните му часовници ще останат верни и на големи висоти. Височини на Марс.

Авансът на Агенцията за отбранителни проекти за отбрана за 200 милиона долара доведе до създаването на малкия атомен чип в цезий 133 на Батис Хавай, обяснява Патерсън. Но след като разбра, че чиповете са на разположение за закупуване, той грабна „стар часовник на OMEGA“, който той беше прибрал в едно чекмедже, продаде го на eBay, купи атомни чипове и - с помощта на един или двама хавайци - трябваше да работи.

Знаеше, че трябва да използва атомните чипове за най-верния им призив: часовници. В края на краищата международната секунда се дефинира от цезий: неговата честота на излъчване е 9 192 631 770 Hz, която учените през 50-те години на миналия век са свързани с времето на ефемеридите. Докато други часовници стават жертва на релативистични ефекти при високи скорости, цезиевите часовници не го правят. Честотата остава същата и времето остава точно. Така че Патерсън, чип-в-ръка, трябваше да работи. Скоро той имаше функциониращ, невероятно точен часовник; той взе прототипа на Kickstarter през 2014 г. Само за няколко дни той почти удвои целта си за набиране на средства.

обратен разговаря с Патерсън за технологията, стояща зад часовника на Цезий 133, за космическите пътувания и за това колко скоро ще имаме всички собствени атомни часовници. (Съвет: Скоро. Но може и да не са часовници.)

Как действа цезият 133?

Това е доста сложно. Не само, че трябваше да проектираме часовника, използвайки този чип, акумулаторна батерия и т.н., но също така трябваше да проектираме и външна базова станция, която работи за зареждане на часовника. Но най-вече работи да настроите часовника възможно най-точно. Тези часовници могат да бъдат настроени на по-малко от 100 наносекунди - това е сто милиардна част от секундата - до точното международно време за света. След като бъдат настроени, те са с точност до една секунда след хиляда години. Часовникът, който е на вашия телефон или компютър - повечето са с точност до около 200 милисекунди. Това е грешката, която този часовник развива за 200 години.

GPS е готов! Това намалява точния импулс на времето, за да определи цезий 133 в рамките на 20 милиардни от секундата.

Снимка, публикувана от Bathys Hawaii (@bathys_hawaii) на

Трябваше да копираме едно и също нещо, което военните правят, когато искат да поставят един от своите атомни часовници. Дори GPS приемниците са изключени с няколкостотин милисекунди: Компютърът прекарва цялото си време в обработка на данните за местоположението, а не за времето. Така че трябваше да направим собствен GPS модул, който основно се фокусира върху просто преминаване през данните за времето без никакво забавяне. Той просто го изсмуква от мястото и го изпраща направо на часовника без никакво забавяне.

От това, което разбирам, цезиевите часовници са привлекателни не само заради тяхната точност, но и защото притежават своята точност при много условия.

Мда. Температурата е нещо голямо във времето. Така че можете да достигнете до около 150 градуса по Целзий или до около минус 20 градуса по Целзий и то остава точно.

След като настроите този часовник точно, ако го свържете към акселерометъра, и компаса, и вътрешните инерционни единици в телефона - които основно записват наклон, ускорение и всичко друго - може да действа като собствен GPS, без трябва да е в контакт с GPS. Тя може точно да следи местоположението ви до 10 см за дни, месеци.

Има толкова много възможни технологии, които могат да нараснат от това. Ако сте пожарникар в Ню Йорк и трябва да бързате в горящ небостъргач, ще загубите своя GPS, така че няма да можете да съобщите за позицията си на други пожарникари. Но ако всички бяха синхронизирали този часовник, той можеше да говори само за редовните радиочестоти и да им каже къде се намират. Няма значение дали са в пещера, в горяща сграда или под вода: Навсякъде, където не можете да получите GPS, можете да намерите местоположението си.

Или пространство.

Или пространство. Или в тунел с колата си.

Може ли този часовник да бъде нещо, което хората, които искаха да отидат на Марс, да използват, за да пазят времето?

Първо, една малка странична бележка: всъщност бях в списъка на кандидатите, за да бъда в едно от местообитанията на Марс. Едната тук на Хаваите. Преминах към самия окончателен подбор. Те избраха шест, а аз бях във финалната 30. Мисля, че бях твърде стар и се радвам, че не съм успял да го направя. Просто излязоха онзи ден и сега ми харесва, „толкова се радвам, че не съм аз.“ Човекът целува съпругата си за първи път от една година - аз като „ад не.“

Редовен часовник ще работи в космоса до известна степен. Кварцов часовник ще запази времето в пространството - не е така, че въобще няма да работи. Но има релативистични ефекти от бързото придвижване.

Ако вашият GPS не отчита времето за пътуване до сателита, вместо да можете да го намерите в рамките на шест или седем крака, както прави телефонът ви сега, той излиза на 35 километра. Ето колко важно е да се вземе предвид релативистичният ефект. Скоростта на светлината и скоростта на сателита са толкова бързи, че леко променят времето си.

Много е лесно да се обясни как работи цезият. По принцип, начинът да мислим за това е, че цезият е почти като огледало. Ако я накарате да вибрира с точната честота от деветте милиарда цикъла в секунда, тя действа като огледало. Каквато и енергия да стреляте, тя ви връща. На всяка друга честота, тя е като черно парче кадифе: абсорбира енергията. Точно когато стигне до точната честота и го бомбардирате с микровълновата си печка, всички внезапно всички микровълни започват да се връщат назад. А това означава, че сте я приковали.

Това е физическа характеристика на цезий. Няма нищо общо с радиоактивното нещо. Цезийът е като живак, почти - това е течност. Когато го загреете, той се превръща в газ. В малката килия има малък нагревател, който нагрява газа, бомбардира го с радиовълни и търси това отражение. Действителният международен стандарт за една секунда е този брой вибрации.

Това никога не се променя: отиваш в космоса, това е същото. Приближаваш се до скоростта на светлината - не се променя. Ако вземете кварцов часовник или механичен часовник и започнете да го приемате за свръхбързи скорости, това ще доведе до промяна на нещата и вече няма да е точна.

Ще намерят ли тези чипове скоро пътя си към други технологии?

Мисля, че ще видите тази технология във вашите смартфони и в автомобилите си за самостоятелно управление за около пет години. Вероятно ще прилича повече на GPS, който се появява в телефона ви. Изведнъж ще видите тази технология миниатюризирана до точката, в която може да се побере в телефона. Точно сега чипът е с размер на кибрит от луксозен ресторант. Той е доста голям и не може да бъде направен много по-малък поради физическите опаковки, които трябва да се поместят там. Но ако можеха да го миниатюризират още едно ниво, тогава щеше да се появи навсякъде. Технологията не е скъпа - определено може да се направи. Така че бих казал пет или шест години, но всъщност не очаквам швейцарците да бъдат тези. Очаквам повече, като Samsung или Apple, или Google да бъде този.

Това интервю беше редактирано за краткост и яснота.