10对原子钟奇怪的事实

当人类开始追踪时间的流逝几千年前,他们通过观察太阳的视运动在天空——这实际上是由于地球的自转,以单位时间的旅程。传统上,例如,第二个被定义为1/86,400平均太阳日的长度。

但随着原子钟,更可靠的比地球的运动本身,也成为了必须改变这一标准。1967年,第二次是重新定义为时间,它把一个原子的同位素铯133 9192631770振荡周期[来源:Sciencemuseum.org.uk]。

正如我们先前解释的,电子轨道原子的中心,被称为原子核。想象一个太阳系的极其微小的版本,与行星围绕太阳,你会懂一般。物理学家发现,电子是令人惊讶的是定期在他们的动作,他们倾向于保持轨道的一个狭窄的范围内,与距离原子核由多少辐射他们排放在给定的时刻。18新利最新登入最低轨道之间的距离和电子运动的轨道是最高的频率。

在铯的情况下,在使用原子钟,科学家们关注的一个元素的55,最外层的电子,它占据了一个明显高于其余的轨道。之间的能量差异最外层电子轨道最亲密的细胞核和最远的轨道对应于一个无线电频率9192631770周期。这一部分科学家计算实际使用的时间和把它分拆成非常简单的单元不到1000000000秒[来源:Sciencemuseum.org.uk]。

1948年,美国国家标准建立了世界上第一个原子钟。铯,而是第一个时钟使用氨原子,被加热和铜管。虽然第一时钟证明原子钟工作的概念,它实际上从未用于保持时间。第一个原子钟是约一秒每四个月。让它比现有技术,不可靠石英钟,测量了一块石英的振荡电荷时应用。

最后,科学家们转而使用铯,短的振荡,用不同的方法和改进设计。1959模型成功地保持时间与每2000年的误差一秒,到1964年,时钟已经变得非常精确,他们花了6000年失去或获得第二。今天最先进的原子钟是由后一秒600万多年的使用[来源:Sciencemuseum.org.uk]。

首先,它有时拼写“铯。”Cesium was discovered in 1860 by Robert Bunsen, better known to high school chemistry students as the inventor of the Bunsen burner. And it's such strangely fascinating stuff that in the early 1990s it inspired the creation of an Internet newsgroup, Alt.cesium, which was devoted to "discussion, praise, veneration, and adoration, the posting of songs, poetry, stories, and parables of and about that most sublime of elements" [source:纳尔逊]。俗称“其他金色金属”,这是一个只有三个金属没有灰色或闪亮的银色的颜色(其他两个是金和铜)[来源:科学美国人]。

铯在自然界发现的类型,铯133,定位非常困难。收益率的最大数量的自然源是一种罕见的矿物称为铯榴石,这在美国是存在于矿石从缅因州和南达科塔州。虽然是一个金属铯融化在很低的温度下,82华氏度(22.7摄氏度),爆炸时接触冷水(来源:阿贡国家实验室)。自发地在空气中,有时着火、燃烧与一位才华横溢的天蓝色的火焰[来源:纳尔逊]。

你可能有点困惑,因为我们花了这么长时间告诉你多少更精确的原子钟是由于其使用的18新利最新登入振荡铯。但实际上的钟,持续时间是一个标准的石英晶体振荡器,测试者一块水晶电流使其振动。所不同的是,在大多数普通石英钟表振荡器是调整准确的时钟是建立时,但它的频率是从不检查或调整之后,这意味着随着时间的推移,细微变化发展,使时钟快或者慢一点。原子钟,然而,铯的振荡是用来检查石英装置18新利最新登入的频率,也就是给出了时钟这样惊人的准确性(来源:Sciencemuseum.org.uk]。

2008年12月31日,7点之前,科学家们伤口原子钟世界各地的前一秒,为了同步协调世界时(UTC),原子钟的国际标准,与地球的自转。不是的时钟,而是地球,其转速减慢每天大约两毫秒各种刹车:空间尘埃,磁性风暴,太阳风,抵抗自己的氛围,最重要的是,月球对地球的引力拖船,这不仅会导致海洋的潮汐,但也让整个地球膨胀。

的影响,延长太阳天,并微微扔我们的超高精度原子钟相比。需要数百年的差异变得明显,这天空中太阳的位置是不同的时间在一所房子时钟,(你可能已经设置根据正确的时间电话号码,这是基于UTC)。阻止这发生在1972年,一项国际协议规定,原子钟定期将调整一致[来源:Dowling)。

人住在一个山年龄比在海滩上一个人的生活似乎有点荒谬,但这是事实。这个概念第一次被先进的大约一个世纪前由物理学家阿尔伯特·爱因斯坦的狭义相对论的理论假定时间不是恒定的,而是相对的。(这就是为什么他们称之为相对论。)2010年,詹姆斯Chin-Wen周和他的同事们从国家标准与技术研究院(NIST)做了一个实验来测试爱因斯坦的推理。他们定位两个原子钟除了海拔约30厘米,并发现两个时钟的高跑稍快。然而在实际,不会明显的区别;山上的居民将年龄大约90/1000000000秒的速度在79年的一生中,根据周[来源:康纳]。

如果你看过那个场景在电影《金手指》在此期间恶棍威胁詹姆斯•邦德与激光一半,您可能想知道为什么一个激光不会通过一个原子钟烧一个洞,而不是使它更精确地运行。但它实际上可以做后者。熊和我们因为这就变得相当复杂。

用微波原子钟基本上轰炸铯原子挑起一些行动,科学家可以测量。传统原子钟的限制,他们只能捕获的一小部分铯原子微波。通过对原子激光——这一过程被称为激光光抽运——你可以减缓原子的速度,使得微波更有机会打他们。反过来,一个更精确的信号,这使得科学家们使用铯振荡划分出时间更准确。奇怪的是,这个过程也冷却了铯原子,到几上百万的绝对零度以上开氏温标[来源:过活,Jaduszliwer]。

这些天,电信公司在片段称为传送电话包,使他们注入大量的对话通过导线在同一时间。当你调用一个人在另一个城市,你的话是分解和计算机之间传输两端,这电影对话之间来回,每秒数千倍。工作,但是,两台计算机必须呆在完美的18新利最新登入同步,像一双非常灵巧的乒乓球员可以达到相当于一卡车的小球在彼此连一个燃烧的速度,千万不要错过。如果他们做小姐,电话将会混乱,听起来像胡言乱语。这就是为什么这些天电信公司有自己的原子钟来防止这种情况的发生,通过保持电脑几乎完全与另一个时刻[来源:Sciencemuseum.org.uk]。

方法可以使科学家们继续做梦吧原子钟越来越准确,但是佐治亚理工学院的研究人员和内华达大学最近提出了一个真正令人兴奋的进步。大大简化来说,情况是这样的:他们想使用激光来重新排列的原子,这样他们可以使用一个轨道中子,而不是一个电子,相当于一个钟摆。结果可能是一个时钟,会比现在更精确100倍的存在,所以精确的,它只会失去或获得不到二十分之一秒的时间在140亿年。考虑一下:宇宙本身大约是140亿岁,如果这个时钟在某种程度上可以在一个时间机器发回宇宙大爆炸的那一刻开始的一切,今天仍然是在持续增长,在几乎完美的步骤和每一刻,曾经发生[来源:18新利最新登入科学日报]。