Први светски атомски ручни сат ће задржати време на вашем путовању на Марс

Јохн Паттерсон је скромни урар у Кауаију на Хавајима, који већ пет година мирно прави први атомски сат на светском нивоу. Нека прође хиљаду година и овај сат ће изгубити само тренутак у тачности. Узмите га дубоко под водом, у паклу: Време стално пролази. Или, ако се осећате авантуристички, однесите га у свемир. Однесите га на Марс.

То ће задржати време.

Патерсон има докторат. у неуронауци, али он је уложио сопствену моћ у урарство. Он води своју компанију, Батхис Хаваии, из своје куће на Гарден Исле-у. "Филозофија је увијек била да то није био само богаташ који је заслужио лијеп сат", каже он Инверсе. Батхис долази од грчке речи “ батхус, "Што значи" дубоко "- дословно и фигуративно. Док ће његови сатови остати истински на великим дубинама, његов атомски сат ће остати истинит и на великим висинама. Марс висине.

Новчана помоћ од 200 милиона долара за развој напредних истраживачких пројеката довела је до стварања малог атомског чипа унутар цезијума Батхис Хаваии 133, објашњава Паттерсон. Али једном када је открио да су чипови доступни за куповину, зграбио је "стари ОМЕГА сат" који је одложио у ладици, продао га на еБаиу, купио атомски чип и - уз помоћ једног или два друга Хаваја - Морам да радим.

Знао је да мора да користи атомске чипове за њихов најистинитији позив: сатове. Уосталом, међународна секунда дефинисана је цезијумом: Његова фреквенција зрачења је 9,192,631,770 Хз, што су научници из 1950-их повезали са временом ефемерида. Док други сатови постају жртве релативистичких ефеката при великим брзинама, цезијумски сатови то не чине. Фреквенција остаје иста, тако да време остаје тачно. Па Паттерсон, чип-у-руци, мора да ради. Ускоро је имао функционалан, невероватно прецизан ручни сат; Узео је прототип у Кицкстартер 2014. године. За само неколико дана, скоро је удвостручио свој циљ за прикупљање средстава.

Инверсе разговарао је са Патерсоном о технологији која стоји иза сателита из Цезија 133, о свемирским путовањима ио томе како ћемо ускоро имати све атомске сатове. (Савјет: Ускоро. Али они можда нису сатови, пер се.)

Како ради цезијум 133?

Прилично је сложено. Не само да смо морали да дизајнирамо сат користећи овај чип, пуњиву батерију и тако даље, али смо такође морали да дизајнирамо екстерни тип базне станице која ради да напуни сат. Али, углавном, ради подешавање сата што је могуће тачније. Ови сатови могу бити подешени на мање од 100 наносекунди - то је сто милијардити део секунде - на тачно, међународно стандардно време за свет. Када су постављене, тачне су до једне секунде у хиљаду година. Сат који је на вашем телефону или рачунару - највише је тачан до око 200 милисекунди. То је грешка коју овај сат развија за 200 година.

ГПС је готов! Ово повлачи тачан пулс времена да се цезијум 133 подеси у року од 20 милијардити делова секунде.

Фотографија објављена од стране Батхис Хаваии (@батхис_хаваии) дана

Морали смо да копирамо исту ствар као и војска када желе да поставе један од својих атомских сатова. Чак су и ГПС пријемници искључени за неколико стотина милисекунди: Рачунало све своје вријеме троши на обраду података о локацији, а не на вријеме. Тако да смо морали да направимо сопствену ГПС јединицу која се у основи фокусира на пролазак кроз временске податке без икаквог одлагања. Само га исисава из свемира и шаље га директно на сат без икаквог одлагања.

Колико сам разумео, цезијумски сатови привлаче не само због своје тачности, већ и због тога што задржавају тачност у многим условима.

Аха. Температура је велика ствар у мјерењу времена. Дакле, можете ићи до око 150 степени Целзијуса или до минус 20 степени Целзијуса, и то остаје тачно.

Када прецизно подесите тај сат, ако га прикључите на акцелерометар, и компас, и унутрашње инерцијалне јединице у вашем телефону - које у основи снимају нагиб, убрзање и све те ствари - може да функционише као сопствени ГПС, без бити у контакту са ГПС-ом. Може тачно да прати вашу локацију до 10 центиметара за дане, месецима.

Постоји толико много могућих технологија које могу израсти из тога. Ако сте ватрогасац у Њујорку и морате да пожурите у горући небодер, изгубићете свој ГПС, тако да нећете моћи да пренесете своју позицију другим ватрогасцима. Али ако су сви синхронизовали овај сат, могли би само да разговарају о редовним радио фреквенцијама, и то би им могло рећи где се они налазе. Није битно да ли су у пећини, у згради која гори или под водом: где год не можете добити ГПС, можете добити своју локацију.

Или простор.

Или простор. Или у тунелу са својим ауто-возилом.

Може ли овај сат бити нешто што би људи који су хтјели ићи на Марс могли искористити да задрже вријеме?

Прво, мало бочне напомене: Заправо сам био у ужем избору да бих био на једном од Марсових станишта. Онај овде на Хавајима. Прошао сам до коначног избора. Изабрали су шест, а ја сам био у финалу 30. Мислим да сам био престар, и драго ми је да нисам успио. Управо су изашли пре неки дан, и сада ми се свиђа, "Тако ми је драго да то нисам ја." Тип љуби своју жену први пут за годину дана - ја сам као, "Пакао не."

Уобичајени сат би у одређеној мери радио у свемиру. Кварцни сат ће задржати време у свемиру - није као да уопште неће радити. Али постоје релативистички ефекти брзог кретања.

Ако ваш ГПС не узима у обзир време путовања до сателита, уместо да вас пронађе у року од шест или седам стопа, као што телефон тренутно ради, он прелази на 35 километара. Тако је важно да се узме у обзир релативистички ефекат. Брзина светлости и брзина сателита је тако брза да мало мења време.

Веома је лако објаснити како цезијум функционише. У основи, начин на који размишљамо о томе је да је цезијум скоро као огледало. Ако учините да вибрира на тачној фреквенцији тих девет милијарди циклуса у секунди, она делује као огледало. Каква год енергија пуцате на њега, пуца на вас. На било којој другој фреквенцији, то је као црни комад баршуна: Он упија енергију. Управо када дође до те тачне фреквенције, а ви је бомбардујете микроталасном, све изненада све ваше микроталасне пећнице почињу да се одбијају. А то значи да сте га приковали.

То је физичка карактеристика цезијума. Она нема ништа са радиоактивним ништа. Цезијум је као жива, скоро - то је течност. Када га загрејете, претвара се у гас. Унутар мале ћелије, постоји мали грејач који загрева гас, бомбардира га радио таласима, и тражи тај одраз. Стварни међународни стандард за једну секунду је тај број вибрација.

То се никада не мења: идете у свемир, то је исто. Приближавате се брзини светлости - не мења се. Ако узмете кварцни сат, или механички сат, и почнете да га примате на супер-брзе брзине, то ће узроковати промену ствари и више неће бити тачно.

Хоће ли ови чипови ускоро наћи свој пут у друге технологије?

Мислим да ћете ову технологију видјети у својим паметним телефонима и аутомобилима који се сами возе за око пет година. Вероватно ће бити више као ГПС који се појављује на вашем телефону. Одједном ћете видети да је ова технологија минијатурна до тачке у којој се може уклопити у телефон. Управо сада, чип је величине кутије шибица из отмјеног ресторана. Прилично је велика и не може бити много мања због материјала за паковање физике који морају да стану тамо. Али ако би могли да је минијатурирају још један ниво, онда би се појавио свуда. Технологија није скупа за направити - дефинитивно би могла да се уради. Рекао бих пет или шест година, али заиста не очекујем да ће Швицарац бити тај. Очекујем више, као што је Самсунг, или Аппле, или Гоогле да буду та.

Овај интервју је уређен ради краткоће и јасноће.