Какие часы – самые точные в мире?
Работа любых часов сводится к подсчёту повторяющихся событий с известной частотой, - например, колебаний маятника. В самых точных на сегодняшний день, атомных часах, таким повторяющимся событием являются естественные колебания между энергетическими уровнями атома цезия, происходящие в микроволновом диапазоне электромагнитного спектра. Погрешность атомных цезиевых часов — одна секунда за 300 000 лет.
Кстати, знаете что такое секунда? Это 9 192 631 770 циклов колебаний атома цезия, - именно так определяют с 1967 года секунду в международной системы единиц СИ. Эти колебания настолько устойчивы, что решили, что по ним можно точнее всего определить эталон времени.
Существуют разные поколения атомных часов. Первые появились в середине XX века и уже тогда превзошли по точности все механические и кварцевые приборы. Сегодняшние атомные часы ещё совершеннее: они используют лазеры для охлаждения атомов и удержания их почти в покое, чтобы ничто не мешало точности измерений. Такие часы называются оптическими. Их погрешность настолько мала, что они могли бы отмерить возраст Вселенной и не сбиться даже на секунду.
Зачем нужны такие сверхточные часы? Они используются не для того, чтобы человек вовремя пришёл на урок или автобус. Их применяют в науке и технологиях. Например, навигационные системы вроде GPS работают благодаря атомным часам: спутники должны знать время с точностью до миллиардных долей секунды, иначе мы бы не смогли точно определить своё местоположение.
Мы имеем дело с атомными часами каждый раз, когда пользуемся навигатором. Они находятся на борту спутников глобальных навигационных систем, таких как GPS и ГЛОНАСС, и выдают сигнал времени, который получает смартфон с помощью встроенного приёмника. Зная расположение спутников и скорость распространения сигнала (скорость света), программы вычисляют расстояния от смартфона до нескольких спутников и по этим данным определяет геопозицию смартфона.
Насколько координаты будут точными, зависит от точности часов на борту спутника. Погрешность в данных о времени всего лишь в сотую долю секунды даёт ошибку в позиционировании примерно в 3000 км, - поэтому современные спутники систем позиционирования снабжены самыми точными часами - атомными. Они позволяют определить геопозицию с точностью от 1 до 10 м.