Na svete je prvý atómový náramkové hodinky bude držať čas na vašej ceste na Mars

John Patterson je pokorný hodinár v havajskom meste Kauai, ktorý už päť rokov ticho robí prvé atómové hodinky na úrovni spotrebiteľov. Nechajte prejsť tisíc rokov a tieto hodinky len stratia druhú presnosť. Vezmite ju hlboko pod vodu, do pekla: Čas stále tikne. Alebo ak sa cítite dobrodružný, vezmite ho do vesmíru. Vezmite ho na Mars.

Udrží čas.

Patterson má Ph.D. v neurovede, ale on si nalial svoju vlastnú inteligenciu do hodinárstva. Vedie svoju spoločnosť, Bathys Hawaii, zo svojho domu na záhradnom ostrove. „Filozofiou bolo vždy to, že to nebol len bohatý človek, ktorý si zaslúžil mať pekné hodinky,“ hovorí. obrátený, Bathys pochádza z gréckeho slova „ bathus, Čo znamená „hlboké“ - doslova a obrazne. Zatiaľ čo jeho hodinky zostanú pravdivé vo veľkých hĺbkach, jeho atómové hodinky zostanú pravdivé aj vo veľkých výškach. Výška Marsu.

Príspevok 200 miliónov dolárov na obranné výskumné projekty Agentúry pre výskum vedl k vytvoreniu malého atómového čipu vnútri Bathys Hawaii Cesium 133, vysvetľuje Patterson. Akonáhle zistil, že čipy sú k dispozícii na nákup, schmatol „staré hodinky OMEGA“, ktoré uložil v šuplíku, predal ich na eBay, kúpil atómový čip a - s pomocou jedného alebo dvoch ďalších havajanov - do práce.

Vedel, že musí používať atómové čipy pre ich najpravdepodobnejšie volanie: hodinky. Koniec koncov, medzinárodná sekunda je definovaná céziom: Jej radiačná frekvencia je 9 192 631 770 Hz, čo vedci v päťdesiatych rokoch spojili s efemeridickým časom. Zatiaľ čo iné hodiny sa pri vysokých rýchlostiach stávajú obeťami relativistických efektov, céziové hodiny nie. Frekvencia zostáva rovnaká, takže čas zostáva presný. Takže Patterson, chip-in-hand, sa dostal do práce. Čoskoro mal funkčné, neuveriteľne presné hodinky; vzal prototyp do Kickstarter v roku 2014. Za pár dní takmer zdvojnásobil svoj fundraisingový cieľ.

obrátený hovoril s Pattersonom o technológii hodiniek Cesium 133, o cestovaní vesmírom ao tom, ako skoro budeme mať všetky vlastné atómové hodinky. (Tip: Čoskoro však nemôžu byť hodinky, per se.)

Ako funguje cézium 133?

Je to dosť komplexné. Nielenže sme museli navrhnúť hodinky pomocou tohto čipu, nabíjateľnú batériu a podobne, ale museli sme navrhnúť aj externú základňovú stanicu typu, ktorá pracuje na nabíjanie hodiniek. Ale hlavne to funguje tak, aby hodinky boli čo najpresnejšie. Tieto hodinky môžu byť nastavené na menej ako 100 nanosekund - to je sto miliárdt sekundy - na presný, medzinárodný štandardný čas pre zemeguľu. Akonáhle sú nastavené, sú presné na jednu sekundu za tisíc rokov. Hodiny, ktoré sú v telefóne alebo v počítači, sú väčšinou presné iba na približne 200 milisekúnd. To je chyba, ktorú sa tieto hodinky vyvíjajú za 200 rokov.

GPS je hotovo! To vedie k presnému časovému impulzu na nastavenie cézia 133 do 20 miliárd sekúnd sekundy.

Foto zaslané Bathys Hawaii (@bathys_hawaii) na

Museli sme skopírovať to isté, čo robí armáda, keď chcú nastaviť jednu zo svojich atómových hodín. Dokonca aj prijímače GPS sú vypnuté o niekoľko stoviek milisekúnd: Počítač strávi všetok čas spracovaním údajov o polohe a nie času. Takže sme museli vyrobiť našu vlastnú jednotku GPS, ktorá sa v podstate zameriava na to, aby sme jednoducho prešli časovými údajmi bez akéhokoľvek oneskorenia. Je to len saje to z priestoru a posiela ho priamo na hodinky bez akéhokoľvek oneskorenia vôbec.

Z toho, čo chápem, céziové hodinky sú príťažlivé nielen kvôli ich presnosti, ale aj preto, že si zachovávajú svoju presnosť v mnohých podmienkach.

Áno. Teplota je v časomerači veľká vec. Takže môžete ísť až na 150 stupňov Celzia alebo až na mínus 20 stupňov Celzia a zostane presný.

Akonáhle nastavíte tieto hodiny presne, ak ich pripojíte k akcelerometru a kompasu a vnútorným zotrvačným jednotkám v telefóne, ktoré v podstate zaznamenávajú sklon, zrýchlenie a všetky tie veci - môže fungovať ako vlastný GPS, bez toho aby musí byť v kontakte s GPS. Dokáže presne sledovať vašu polohu až na 10 centimetrov po celé dni, mesiace.

Existuje toľko možných technológií, ktoré by z toho mohli vyrastať. Ak ste hasič v New Yorku a musíte sa ponáhľať do horiaceho mrakodrapu, stratíte svoj GPS, takže nebudete schopní oznámiť svoju pozíciu iným hasičom. Ale ak by sa všetci tieto hodinky zosynchronizovali, mohol by len hovoriť o pravidelných rádiových frekvenciách a mohol by im povedať, kde boli. Nezáleží na tom, či sú v jaskyni, v horiacej budove alebo pod vodou: Kdekoľvek nemôžete získať GPS, môžete získať svoju polohu.

Alebo priestor.

Alebo priestor. Alebo v tuneli so svojím autom.

Mohli by byť tieto hodinky niečo, čo by ľudia, ktorí chceli ísť na Mars, mohli využiť na udržanie času?

Po prvé, trošku postranná poznámka: bol som vlastne na užšom zozname v jednom z biotopov Marsu. Ten tu na Havaji. Dostal som sa až k záverečnému výberu. Vybrali šesť a ja som bol vo finále 30. Myslím, že som bol príliš starý a som rád, že som to neurobil. Práve vyšli na druhý deň a teraz som rád, že som tak rád, že to nie som ja. “Ten chlap je po prvý raz v roku bozkáva svoju ženu - mám rád, 'peklo'.

Pravidelné hodinky by do určitej miery fungovali vo vesmíre. Hodiny z kremeňa vám udrží čas vo vesmíre - nie je to ako keby vôbec nepracoval. Existujú však relativistické účinky rýchleho pohybu.

Ak váš GPS nezodpovedá cestovnému času na satelite, namiesto toho, aby ste sa dostali k vám do šiestich alebo siedmich stôp, ako váš telefón práve teraz, vyjde na 35 kilometrov. Je dôležité, aby sa bral do úvahy relativistický efekt. Rýchlosť svetla a rýchlosť satelitu je taká rýchla, že mierne mení čas.

Je veľmi ľahké vysvetliť, ako funguje cézium. V podstate je spôsob, ako myslieť na to, že cézium je skoro ako zrkadlo. Ak urobíte to vibrovať na presnú frekvenciu, že deväť miliárd cyklov za sekundu, pôsobí ako zrkadlo. Bez ohľadu na to, akú energiu zastrelíte, na vás strieľa. Na akejkoľvek inej frekvencii je to ako čierny kúsok zamatu: Pohlcuje energiu. Hneď, ako sa dostane k tejto presnej frekvencii a bombardujete ju mikrovlnnou rúrou, zrazu sa všetky vaše mikrovlnné rúry začnú odrážať. A to znamená, že ste ho pribili.

To je fyzikálna charakteristika cézia. Nemá to nič spoločné s rádioaktívnym ničím. Cézium je ako ortuť, takmer tekutina. Keď ho zahrejete, zmení sa na plyn. V malej komore je malý ohrievač, ktorý ohrieva plyn, bombarduje ho rádiovými vlnami a hľadá tento odraz. Aktuálny medzinárodný štandard na jednu sekundu je taký počet vibrácií.

To sa nikdy nemení: idete do vesmíru, to je to isté. Blížite sa k rýchlosti svetla - nemení sa. Kým keby ste si vzali quartzové hodinky alebo mechanické hodinky a začali by ste ich brať do super rýchlych rýchlostí, to by spôsobilo zmeny veci a už by to nebolo presné.

Čoskoro sa tieto čipy dostanú do iných technológií?

Myslím, že túto technológiu uvidíte vo svojich smartfónoch a vo vašich autách s vlastným pohonom asi za päť rokov. Pravdepodobne to bude viac ako GPS, ktorý sa objaví v telefóne. Náhle uvidíte, že táto technológia sa zmenší na miesto, kde by sa zmestila do telefónu. Práve teraz, čip je veľkosť matchbox z fantázie reštaurácie. Je to dosť veľké a nemôže to byť oveľa menšie, pretože sa tam nachádzajú veci na balenie fyziky. Ale ak by ju mohli zmenšiť ešte o jednu úroveň, potom by sa objavila všade. Technológia nie je drahá - určite by sa to dalo urobiť. Povedal by som teda päť alebo šesť rokov, ale neočakávam, že by švajčiarsky bol ten. Očakávam viac, ako je Samsung, alebo Apple, alebo Google, aby bol ten jediný.

Tento rozhovor bol upravený pre stručnosť a prehľadnosť.