Prva svetovna atomska ročna ura bo obdržala čas na vašem potovanju na Mars

John Patterson je skromen urar v Kauaiju na Havajih, ki zadnjih pet let tiho ustvarja prvo atomsko uro na svetovni ravni. Pustimo tisoč let in ta ura bo izgubila le še točnost. Vzemite ga globoko pod vodo, znotraj pekla: Čas teče. Če pa se počutite pustolovsko, ga vzemite v vesolje. Pelji na Mars.

To bo ohranilo čas.

Patterson ima doktorat znanosti. v nevroznanosti, vendar je svoje možgane polil v urarstvo. Svojo družbo, Bathys Hawaii, vodi iz svoje hiše na Garden Isleu. »Filozofija je bila vedno v tem, da ni bil samo bogat človek, ki si je zaslužil lepo gledati,« pravi Inverse. Bathys prihaja iz grške besede “ Bathus, "Kar pomeni" globoko "- dobesedno in figurativno. Medtem ko bodo njegove ure ostale na velikih globinah, bo njegova atomska ura ostala tudi na velikih višinah. Marsove višine.

200 milijonov dolarjev obrambne agencije za napredne raziskovalne projekte je privedlo do nastanka majhnega atomskega čipa v ceziju Bathys Hawaii 133, pojasnjuje Patterson. Ko pa je odkril, da so čipi na voljo za nakup, je zgrabil »staro uro OMEGA«, ki jo je shranil v predalu, ga prodal na eBay, kupil atomski čip in - s pomočjo enega ali dveh drugih Havajcev - prišel sem na delo.

Vedel je, da mora uporabiti atomske čipe za njihovo najbolj resno klicanje: ure. Navsezadnje je mednarodna sekunda določena s cezijem: frekvenca sevanja je 9.192.631.770 Hz, ki so jo znanstveniki v petdesetih letih povezali z efemerizmom. Medtem ko druge ure postanejo žrtve relativističnih učinkov pri visokih hitrostih, cezijeve ure ne. Frekvenca ostaja enaka, zato čas ostane točen. Torej je Patterson, čip v roki, moral delati. Kmalu je imel delujočo, neverjetno natančno ročno uro; prototip je vzel v Kickstarter v letu 2014. V samo nekaj dneh je skoraj podvojil svoj cilj za zbiranje sredstev.

Inverse govoril s Pattersonom o tehnologiji, ki je v ozadju cezija 133, o vesoljskih potovanjih in o tem, kako hitro bomo imeli vse svoje atomske ure. (Namig: kmalu. Ampak morda sami niso ure.)

Kako deluje cezij 133?

To je precej zapleteno. Ne samo, da smo morali oblikovati uro s tem čipom, akumulatorsko baterijo in tako dalje, vendar smo morali oblikovati tudi zunanjo vrsto bazne postaje, ki deluje za polnjenje ure. Predvsem pa deluje tako, da je gledanje čim bolj natančno. Te ure lahko nastavite v manj kot 100 nanosekundah - to je stotisilijardno sekundo - do natančnega mednarodnega standardnega časa za globus. Ko so nastavljeni, so natančni za eno sekundo v tisoč letih. Ura, ki je na vašem telefonu ali računalniku, je najbolj natančna do približno 200 milisekund. To je napaka, ki jo ta ura razvije v 200 letih.

GPS je končan! S tem se izloči natančen časovni impulz za nastavitev cezija 133 v 20 milijardinkah sekunde.

Fotografija, ki jo je objavil Bathys Hawaii (@bathys_hawaii) je vklopljena

Morali smo kopirati isto stvar, kot jo je storila vojska, ko želijo postaviti eno svojih atomskih ur. Tudi GPS sprejemniki so izklopljeni za nekaj sto milisekund: Računalnik porabi ves čas za obdelavo podatkov o lokaciji in ne za čas. Zato smo morali izdelati lastno enoto GPS, ki se v bistvu osredotoča na samo prehod skozi časovne podatke brez kakršnekoli zamude. To je samo zanič iz prostora in ga pošlje naravnost na uro brez odlašanja na vseh.

Razumem, da so cezijeve ure privlačne ne samo zaradi svoje natančnosti, ampak tudi zato, ker imajo veliko točnost v mnogih pogojih.

Ja. Temperatura je velika stvar v merjenju časa. Torej se lahko pomaknete do približno 150 stopinj Celzija ali na približno minus 20 stopinj Celzija in ostane natančen.

Ko nastavite to uro natančno, če jo priključite na merilnik pospeška, kompas in notranje inercialne enote v telefonu - ki v bistvu beležijo naklon, pospešek in vse to - lahko deluje kot lasten GPS, brez biti v stiku z GPS-om. Lahko natančno spremlja vašo lokacijo do 10 centimetrov za dneve, mesece.

Obstaja toliko možnih tehnologij, ki lahko iz tega izrastejo. Če ste gasilec v New Yorku in morate hiteti v goreč nebotičnik, boste izgubili svoj GPS, tako da ne boste mogli sporočiti svojega položaja drugim gasilcem. Toda če bi vsi sinhronizirali to uro, bi lahko govorila samo o rednih radijskih frekvencah in bi jim lahko povedala, kje so. Ni pomembno, ali so v jami, v goreči stavbi ali pod vodo: kjerkoli ne morete dobiti GPS, lahko dobite svojo lokacijo.

Ali prostor.

Ali prostor. Ali v tunelu s svojim avtomobilom.

Bi lahko ta ura nekaj, kar bi ljudje, ki so želeli iti na Mars, uporabili, da bi obdržali čas?

Najprej, malo stranske opombe: dejansko sem bil na ožjem seznamu, da sem v enem od habitatov Marsa. Tisti tukaj na Havajih. Dobila sem dokončno izbiro. Izbrali so šest, jaz pa sem bil v zadnjih 30. Mislim, da sem prestar in vesel sem, da tega nisem storil. Pravkar so prišli ven nekega dne, zdaj pa mi je všeč, "tako sem vesel, da to nisem jaz." Fant ljubi svojo ženo prvič v letu - kot jaz, "Hell no."

Redna ura bi deloma delovala v vesolju. Kremenova ura bo ohranila čas v vesolju - ni všeč, da sploh ne bo delovala. Vendar pa obstajajo relativistični učinki hitrega gibanja.

Če vaš GPS ne upošteva časa potovanja do satelita, namesto, da bi vas lahko poiskali v šestih ali sedmih metrih, kot to počne vaš telefon zdaj, gre na 35 kilometrov. Tako je pomembno, da se upošteva relativistični učinek. Hitrost svetlobe in hitrost satelita je tako hitra, da nekoliko spremeni čas.

Res je lahko razložiti, kako deluje cezij. Način razmišljanja je, da je cezij skoraj kot ogledalo. Če naredite, da vibrira na natančni frekvenci teh devet milijard ciklov na sekundo, deluje kot ogledalo. Kakršna koli energija, ki jo ustrelišate, vas strelja nazaj. Na kateri koli drugi frekvenci, je kot črni kos žameta: absorbira energijo. Takoj, ko pride do točne frekvence, in jo bombardirate z mikrovalovno pečico, vse nenadno vse vaše mikrovalovne pečice začnejo odbijati nazaj. In to pomeni, da ste ga prikovali.

To je fizična značilnost cezija. Nič nima nič opraviti z radioaktivnim. Cezij je kot živo srebro, skoraj - je tekočina. Ko ga segrejemo, se obrne na plin. V majhni celici je majhen grelec, ki ogreje plin, ga bombardira z radijskimi valovi in ​​išče ta razmislek. Dejanski mednarodni standard za eno sekundo je število vibracij.

To se nikoli ne spremeni: greš v vesolje, to je isto. Približujete se hitrosti svetlobe - ne spreminja se. Če ste vzeli kvarčno uro ali mehansko uro in jo začeli uporabljati za zelo hitre hitrosti, bi se stvari spremenile in ne bi bile več točne.

Ali bodo ti čipi kmalu našli pot v druge tehnologije?

Mislim, da boste to tehnologijo videli v vaših pametnih telefonih in v avtomobilih, ki se sami vozijo v približno petih letih. Verjetno bo bolj kot GPS, ki se pojavi v telefonu. Naenkrat boste videli, da je ta tehnologija miniaturirana do točke, kjer bi se lahko prilegala telefonu. Zdaj je čip velikosti kot v škatli v enaki restavraciji. To je precej veliko in ne more biti veliko manjše zaradi materiala za embalažo fizike, ki se mora tam prilegati. Toda, če bi jo lahko miniaturirali še eno raven, bi se pojavila povsod. Tehnologije ni drago, da bi jo lahko naredili. Torej bi rekel pet ali šest let, vendar resnično ne pričakujem, da bo švicar. Pričakujem več, kot je Samsung ali Apple, ali Google.

Ta intervju je bil urejen za kratko in jasno.