Прыжок во времени. От теории к практике

Что такое время? Каждый день мы сталкиваемся со временем; смотрим на часы, назначаем встречи, ждём выходных. Мы чувствуем течение времени постоянно: минутами ожидание тянется долго, а счастливые часы пролетают незаметно. Время пронизывает всю нашу жизнь, но задумывались ли вы, что именно мы называем временем?

Мы не можем потрогать или увидеть его непосредственно – лишь чувствуем, как сейчас превращается в прошлое, а будущее становится настоящим. Тем не менее, время поддаётся измерению, и человечество изобрело множество способов отсчитывать его течение.

Измерение времени – от тиков часов к вибрациям атомов

Ответ на вопрос о том, как мы измеряем время, может показаться очевидным. Мы делаем это с помощью часов. Однако, когда мы говорим, что измеряем время, мы имеем в виду нечто абстрактное. Время для ученых не обладает физическими свойствами, и является только параметром. Измеряются лишь временные интервалы – промежуток между двумя событиями.

На протяжении всей истории человечества люди использовали различные способы для измерения времени, например, ориентировались на восход и закат солнца, а также на фазы луны. Часы эволюционировали от солнечных, песочных и водяных до более точных маятниковых и кварцевых. Сегодня, когда нам нужно узнать текущее время, мы смотрим на свои наручные часы или на цифровые на компьютере или телефоне.

Сегодня эталоном времени стали атомные часы – это невероятно точные приборы. Самые точные из этих часов показывают время с погрешностью в одну триллионную секунды в год. Для сравнения: погрешность ваших кварцевых наручных часов может составлять около 15 секунд в месяц.

В них время отсчитывается не маятником, а колебаниями атомов. Например, один из стандартов времени основан на атоме цезия-133: международная секунда определена как промежуток, за который атом цезия совершает 9 192 631 770 колебаний между двумя энергетическими уровнями. Иными словами, современные учёные договорились считать: если некий процесс (колебание электромагнитного излучения, поглощаемого цезием) повторился свыше 9 миллиардов раз, то прошла всего лишь 1 секунда.

Внутри этих часов электромагнитные волны воздействуют на скопление атомов цезия, которые поглощают это излучение и совершают «квантовый скачок» в другое энергетическое состояние. Но этот скачок происходит только тогда, когда атомы поглощают волны определённой частоты – количества волновых циклов в секунду. Операторы атомных часов знают, что они настроили свои часы на нужную, или «резонансную», частоту, когда обнаруживают максимальное количество атомов, переходящих в другое энергетическое состояние.

Это поразительно – время фактически связывается с вибрациями! Измеряя такие немыслимо быстрые циклы, люди смогли добиться огромной точности хронометража. Для сравнения: обычные наручные часы могут отставать или спешить на секунды в месяц, тогда как атомные часы за миллионы лет не ошибаются ни на долю секунды. Таким образом, время вошло в науку как строго определённая количественная сущность, хотя в повседневности мы продолжаем воспринимать его скорее интуитивно.

Атомные часы произвели революцию в определении времени. Эти поразительно точные устройства влияют на жизнь каждого человека на Земле и помогают нам синхронизироваться, где бы мы ни находились. Они делают возможными такие меняющие мир технологии, как GPS, и помогают учёным исследовать самые глубокие тайны Вселенной.

Использование атомного времени – одно из самых прекрасных и впечатляющих достижений человечества!

Продолжить чтение