Jam Atom Atom Pertama di Dunia Akan Terus Masa Perjalanan Anda ke Marikh

John Patterson adalah pembuat jam yang rendah di Kauai, Hawaii, yang sejak lima tahun yang lalu, secara senyap-senyap menjadikan jam atom atom peringkat pengguna pertama. Biarkan seribu tahun berlalu dan menonton ini hanya akan kehilangan ketepatan kedua. Bawa ia dalam air bawah, di dalam neraka: Masa terus berdetik. Atau, jika anda merasa mencabar, bawa ke ruang angkasa. Bawa ke Marikh.

Ia akan memastikan masa.

Patterson mempunyai Ph.D. dalam bidang neurosains, tetapi dia menuangkan otaknya sendiri ke dalam pembuatan jam. Dia menjalankan syarikatnya, Bathys Hawaii, dari rumahnya di Garden Isle. "Falsafah adalah selalu bahawa ia bukan hanya seorang lelaki kaya yang layak mendapat jam tangan yang bagus," katanya Songsang. Bathys berasal dari perkataan Yunani " bathus, "Yang bermaksud" mendalam "- secara harfiah dan kiasan. Walaupun jam tangannya akan kekal di kedalaman yang besar, jam atomnya akan tetap berlaku pada tahap yang tinggi. Ketinggian mars.

Projek Penyelidikan Advanced Defense A $ 200 juta telah memberikan kepada penciptaan cip atom kecil di dalam Bathys Hawaii Cesium 133, Patterson menerangkan. Tetapi apabila dia mendapati bahawa cip itu boleh dibeli, dia meraih "jam tangan OMEGA lama" bahawa dia telah diletakkan di dalam laci, menjualnya di eBay, membeli cip atom, dan - dengan bantuan satu atau dua orang Hawaii lainnya - terpaksa bekerja.

Dia tahu dia terpaksa menggunakan cip atom untuk memanggil mereka: jam tangan. Yang kedua di dunia, selepas semua, ditakrifkan oleh cesium: Kekerapan radiasinya ialah 9,192,631,770 Hz, yang saintis pada tahun 1950-an dikaitkan dengan masa ephemeris. Manakala jam lain menjadi mangsa kepada kesan relativistik pada kelajuan tinggi, jam cesium tidak. Kekerapan tetap sama, dan oleh itu masa tetap tepat. Jadi Patterson, cip-tangan, terpaksa bekerja. Tidak lama kemudian, dia mempunyai jam tangan yang berfungsi, sangat tepat; dia mengambil prototaip itu ke Kickstarter pada tahun 2014. Dalam beberapa hari, dia hampir menggandakan matlamat penggalangan dana beliau.

Songsang bercakap dengan Patterson mengenai teknologi di belakang jam tangan Cesium 133, tentang perjalanan angkasa, dan tentang berapa lama kita semua akan memiliki jam tangan atom. (Petunjuk: Tidak lama lagi Tetapi mereka mungkin tidak berjaga-jaga, seolah-olah.)

Bagaimanakah Cesium 133 berfungsi?

Ia cukup rumit. Bukan sahaja kita perlu merancang jam tangan menggunakan cip ini, bateri yang boleh dicas semula, dan lain-lain, tetapi kami juga perlu merancang sesuatu jenis stesen pangkalan luaran yang berfungsi untuk mengecas jam tangan. Tetapi, terutamanya, ia berfungsi untuk menetapkan jam dengan seberapa tepat yang mungkin. Jam tangan ini boleh ditetapkan dalam kurang daripada 100 nanodetik - iaitu seratus billionths kedua - untuk masa standard antarabangsa yang tepat untuk dunia. Sebaik sahaja mereka ditetapkan, mereka tepat satu saat dalam seribu tahun. Jam yang ada pada telefon anda, atau komputer - kebanyakan hanya tepat untuk kira-kira 200 milisaat. Itu adalah kesilapan bahawa jam tangan ini berkembang dalam 200 tahun.

GPS telah selesai! Ini menurunkan nadi masa yang tepat untuk menetapkan Cesium 133 dalam 20 bilion saat.

Foto yang disiarkan oleh Bathys Hawaii (@bathys_hawaii) pada

Kita perlu menyalin perkara yang sama dengan tentera apabila mereka mahu menetapkan satu jam atom mereka. Malah penerima GPS dimatikan oleh beberapa ratus milisaat: Komputer menghabiskan semua masa memproses data lokasi, dan bukannya masa. Oleh itu, kita perlu membuat unit GPS kita sendiri yang pada dasarnya memberi tumpuan kepada hanya melewati data masa tanpa sebarang kelewatan sama sekali. Ia hanya menghisap keluar dari angkasa dan menghantar terus ke jam tangan tanpa sebarang penangguhan.

Dari apa yang saya faham, jam tangan cesium menarik bukan hanya kerana ketepatan mereka, tetapi juga kerana mereka memegang ketepatannya dalam banyak keadaan.

Yup. Suhu adalah perkara yang besar dalam pengawalan waktu. Oleh itu, anda boleh pergi ke kira-kira 150 darjah Celsius atau turun hingga kira-kira minus 20 darjah Celsius, dan ia tetap tepat.

Sebaik sahaja anda menetapkan jam ini secara tepat, jika anda menyambungkannya ke pecutan, dan kompas, dan unit inerial dalaman dalam telefon anda - yang pada dasarnya mencatatkan kecenderungan, pecutan, dan semua benda itu - ia boleh berfungsi sebagai GPS sendiri, tanpa perlu bersentuhan dengan GPS. Ia dapat mengesan lokasi anda dengan tepat sehingga 10 sentimeter selama beberapa hari, selama berbulan-bulan.

Terdapat begitu banyak teknologi yang mungkin boleh berkembang daripada itu. Jika anda seorang pemadam kebakaran di New York City dan terpaksa tergesa-gesa ke pencakar langit yang terbakar, anda akan kehilangan GPS anda, jadi anda tidak akan dapat berkomunikasi kedudukan anda kepada ahli bomba lain. Tetapi jika semua orang telah menyegerakkan jam tangan ini, ia hanya boleh bercakap melalui frekuensi radio biasa, dan ia boleh memberitahu mereka di mana mereka berada. Tidak kira jika mereka berada di dalam gua, dalam bangunan yang terbakar, atau di bawah air: Di mana sahaja anda tidak dapat mendapatkan GPS, anda boleh mendapatkan lokasi anda.

Atau ruang.

Atau ruang. Atau dalam terowong dengan kereta memandu anda sendiri.

Bolehkah jam tangan ini menjadi sesuatu yang orang yang mahu pergi ke Marikh boleh gunakan untuk menjaga masa?

Pertama, nota sampingan kecil: Saya sebenarnya berada di senarai pendek untuk berada di salah satu habitat Marikh. Yang di sini di Hawaii. Saya sampai ke pemilihan terakhir. Mereka memilih enam, dan saya berada di 30 terakhir. Saya rasa saya terlalu tua, dan saya gembira kerana saya tidak dapat melakukannya. Mereka baru keluar pada hari yang lain, dan sekarang saya seperti, 'Saya sangat gembira bukan saya.' Lelaki itu mencium isterinya buat kali pertama dalam setahun - saya seperti, 'Neraka tidak.'

Jam tetap akan berfungsi di angkasa hingga tahap tertentu. Jam menonton kuarza akan menyimpan masa di angkasa - ia tidak seperti ia tidak akan berfungsi sama sekali. Tetapi ada kesan relativistik bergerak cepat.

Sekiranya GPS anda tidak menyumbang waktu perjalanan ke satelit, dan bukannya dapat mencari anda dalam masa enam atau tujuh kaki seperti telefon anda sekarang, ia keluar sejauh 35 kilometer. Itulah betapa pentingnya kesan relativistik diambil kira. Kelajuan cahaya dan kelajuan satelit begitu pantas sehingga sedikit perubahan masa.

Ia sangat mudah untuk menjelaskan bagaimana cesium berfungsi. Pada dasarnya, cara untuk memikirkannya adalah bahawa sesium hampir seperti cermin. Jika anda membuatnya bergetar pada kekerapan tepat pada sembilan bilion kitaran sesaat, ia bertindak seperti cermin. Apa jua tenaga yang anda pancarkan di atasnya akan menembusi anda. Pada frekuensi lain, ia seperti sekeping beludru hitam: Ia menyerap tenaga. Betul apabila ia mendapat frekuensi yang tepat, dan anda membombardir dengan gelombang mikro anda, tiba-tiba semua gelombang mikro anda mula melantun semula. Dan ini bermakna anda memaku.

Itulah ciri fizikal sesium. Ia tidak ada kaitan dengan apa-apa radioaktif. Cesium adalah seperti merkuri, hampir - ia cecair. Apabila anda memanaskannya, ia menjadi gas. Di dalam sel kecil, ada pemanas kecil yang memanaskan gas, membombardirnya dengan gelombang radio, dan mencari refleksi ini. Standard antarabangsa yang sebenar untuk satu saat ialah bilangan getaran.

Itu tidak pernah berubah: Anda pergi ke angkasa, itu sama. Anda dekat dengan kelajuan cahaya - tidak berubah. Manakala jika anda mengambil jam kuarza, atau jam tangan mekanikal, dan mula mengambilnya ke kelajuan yang sangat pantas, ia akan menyebabkan perkara berubah, dan ia tidak akan menjadi tepat lagi.

Adakah cip ini akan menjejaki ke teknologi lain tidak lama lagi?

Saya fikir anda akan melihat teknologi ini di telefon pintar anda dan dalam kereta memandu sendiri dalam masa kira-kira lima tahun. Ia mungkin lebih seperti GPS yang muncul di telefon anda. Secara tiba-tiba anda akan melihat teknologi ini menjadi miniatur ke titik di mana ia boleh dimuatkan dalam telefon. Kini, cip itu adalah saiz peti kemas dari sebuah restoran mewah. Ia cukup besar, dan ia tidak boleh dibuat lebih kecil kerana barangan pembungkusan fizik yang patut dimuat di sana. Tetapi jika mereka dapat mensimulasikannya lagi satu tahap lagi, maka ia akan muncul di mana-mana. Teknologi ini tidak mahal untuk dibuat - ia pasti dapat dilakukan. Oleh itu saya akan katakan lima atau enam tahun, tetapi saya tidak mengharapkan Switzerland menjadi yang satu. Saya menjangkakan lebih banyak, seperti Samsung, atau Apple, atau Google menjadi yang satu.

Wawancara ini disunting untuk keringkasan dan kejelasan.