Mengatakan masa tidak seperti lurus ke depan seperti kebanyakan orang berfikir. Sebenarnya persoalannya, 'apa masa?' adalah soalan yang bahkan ilmu sains moden gagal menjawab. Masa, mengikut Einstein, adalah relatif; ia lulus perubahan untuk pemerhati yang berbeza, yang dipengaruhi oleh perkara-perkara seperti kelajuan dan graviti.

Walaupun kita semua hidup di planet yang sama dan mengalami masa berlalu dengan cara yang sama, menceritakan masa semakin sukar. Kaedah asal kami menggunakan putaran bumi telah diketahui tidak tepat kerana graviti Bulan menyebabkan beberapa hari menjadi lebih panjang daripada jam 24 dan beberapa lebih pendek. Malah apabila dinosaur awal yang menjelajah bumi sehari hanya 22 jam yang panjang!

Walaupun jam mekanikal dan elektronik telah memberikan kami ketepatan darjah, teknologi moden kami memerlukan pengukuran masa yang jauh lebih tepat. GPS, perdagangan Internet dan kawalan trafik udara hanya tiga industri yang berpecah kali kedua sangat penting.

Jadi bagaimana kita menjejaki masa? Menggunakan putaran Bumi telah terbukti tidak boleh dipercayai manakala pengayun elektrik (jam kuarza) dan jam mekanikal hanya tepat untuk satu atau dua kali sehari. Malangnya untuk banyak teknologi kami, ketidaktepatan kedua boleh terlalu lama. Dalam navigasi satelit, cahaya dapat mengembara 300,000 km hanya dalam satu detik, menjadikan unit sat-nav rata-rata tidak berguna jika terdapat satu detik ketidaktepatan.

Penyelesaian untuk mencari kaedah tepat mengukur masa adalah untuk mengkaji mekanik kuantum yang sangat kecil. Mekanik kuantum adalah kajian tentang atom dan sifatnya dan bagaimana ia berinteraksi. Telah diketahui bahawa elektron, zarah-zarah kecil yang atom orbit mengubah jalur yang mereka orbit dan mengeluarkan jumlah tenaga yang tepat apabila mereka melakukannya.

Dalam kes atom caesium ini berlaku hampir sembilan bilion kali sesaat dan nombor ini tidak pernah berubah dan boleh digunakan sebagai kaedah yang boleh dipercayai untuk menjejaki masa. Atom cesium menggunakan jam atom dan sebenarnya kedua kini ditakrifkan sebagai hanya lebih daripada 9 bilion kitaran radiasi atom caesium.

Jam atom adalah asas bagi banyak teknologi kami. Seluruh ekonomi global bergantung kepada mereka dengan masa yang disampaikan oleh pelayan masa NTP pada rangkaian komputer atau diserap oleh satelit GPS; memastikan seluruh dunia menyimpan masa yang sama, tepat dan stabil.

Skala waktu rasmi global, Waktu Bersama Seluruh Waktu (UTC) telah dibangunkan berkat jam atom yang membolehkan seluruh dunia menjalankan masa yang sama dalam beberapa ribuan sesaat dari satu sama lain.

A pelayan masa adalah alat pejabat biasa tetapi apa untuknya?

Kita semua digunakan untuk mempunyai masa yang berlainan dari seluruh dunia. Apabila Amerika bangun, Honk Kong akan tidur, sebab itulah dunia dibahagikan kepada zon masa. Malah di zon masa yang sama masih terdapat perbezaan. Di tanah besar Eropah misalnya kebanyakan negara adalah sejam di hadapan UK kerana perubahan masa bermusim di Britain.

Walau bagaimanapun, apabila komunikasi komuniti global, yang mempunyai masa yang berlainan di seluruh dunia boleh menyebabkan masalah terutamanya jika anda perlu melakukan transaksi sensitif masa seperti membeli atau menjual saham.

Untuk tujuan ini jelas dengan 1970 awal bahawa skala masa global diperlukan. Ia diperkenalkan pada 1 Januari 1972 dan dipanggil UTC - Waktu Universal yang diselaraskan. UTC disimpan oleh jam atom tetapi didasarkan pada Greenwich Meantime (GMT - sering dipanggil UT1) yang sendiri adalah skala waktu berdasarkan putaran Bumi. Malangnya bumi bervariasi dalam putarannya sehingga akaun UTC untuk ini dengan menambahkan satu kali sekali atau dua kali setahun (Leap Second).

Walaupun kontroversi kepada banyak, detik melompat diperlukan oleh ahli astronomi dan institusi lain untuk mengelakkan hari dari melayang jika tidak mustahil untuk mengatasi kedudukan bintang-bintang di langit malam.

UTC kini digunakan di seluruh dunia. Bukan sahaja skala kali global rasmi tetapi digunakan oleh beratus-ratus ribu rangkaian komputer di seluruh dunia.

Rangkaian komputer menggunakan a rangkaian pelayan masa untuk menyegerakkan semua peranti di rangkaian ke UTC. Kebanyakan pelayan masa menggunakan protokol NTP (Network Time Protocol) untuk mengedarkan masa.

Pelayan masa NTP menerima masa dari jam atom dengan sama ada transmisi radio gelombang panjang dari makmal fizik kebangsaan atau dari rangkaian GPS (Global Positioning System). Satelit GPS semua membawa jam atom di atas kapal yang menyerupai waktu kembali ke Bumi. Walaupun isyarat masa ini tidak bersuara secara tegas UTC (ia dikenali sebagai masa GPS) kerana ketepatan transmisi ia mudah ditukar kepada UTC oleh server GPS NTP.

Jam atom digunakan untuk beribu-ribu aplikasi di seluruh dunia. Dari mengendalikan satelit untuk menyegerakkan rangkaian komputer menggunakan a Pelayan NTP, jam atom telah mengubah cara kita mengawal dan mengawal masa.

Dari segi ketepatan jam atom tidak dapat ditandingi. Jam kuarza digital boleh menyimpan masa yang tepat selama seminggu, tidak kehilangan lebih daripada satu saat tetapi jam atom boleh menyimpan masa berjuta-juta tahun tanpa hanyut sebanyak.

Jam atom bekerja pada prinsip lompat kuantum, cabang mekanik kuantum yang menyatakan bahawa sebuah elektron; zarah bercas negatif, akan mengorbit nukleus atom (pusat) dalam dataran atau tahap tertentu. Apabila ia menyerap atau melepaskan tenaga yang cukup, dalam bentuk radiasi elektromagnet, elektron akan melompat ke satah yang berlainan - lonjakan kuantum.

Dengan mengukur frekuensi radiasi elektromagnet yang bersamaan dengan peralihan antara kedua-dua peringkat, peralihan masa boleh direkodkan. Atom cesium (cesium 133) lebih disukai untuk masa kerana mereka mempunyai kitaran radiasi 9,192,631,770 setiap saat. Oleh kerana tahap tenaga atom cesium (piawaian kuantum) selalu sama dan adalah bilangan yang tinggi, jam atom cesium sangat tepat.

Bentuk jam atom yang paling biasa digunakan di dunia hari ini ialah air pancut cesium. Dalam jam jenis ini, awan atom diproyeksikan ke dalam ruang gelombang mikro dan dibenarkan jatuh ke bawah di bawah graviti. Rasuk laser memperlahankan atom-atom ini dan peralihan antara tahap tenaga atom diukur.

Generasi jam atom generasi yang sedang dibangunkan menggunakan perangkap ion dan bukannya pancutan air. Ion adalah atom bermuatan positif yang boleh terperangkap oleh medan magnet. Unsur-unsur lain seperti strontium digunakan dalam jam generasi seterusnya dan dianggarkan bahawa ketepatan potensi jam perangkap ion strontium dapat kali 1000 dari jam atom semasa.

Jam atom digunakan oleh semua jenis teknologi; komunikasi satelit, Sistem Penentududukan Global dan juga perdagangan Internet bergantung pada jam atom. Kebanyakan komputer menyegerakkan secara tidak langsung ke jam atom dengan menggunakan a Pelayan NTP. Peranti ini menerima masa dari jam atom dan mengedarkan rangkaian mereka memastikan masa yang tepat pada semua peranti.

Jam atom adalah kemuncak peranti penyimpanan masa. Jam atom moden boleh menyimpan masa untuk ketepatan sedemikian sehingga dalam 100,000,000 tahun (100 juta) mereka tidak kehilangan walaupun dalam masa yang kedua. Kerana ketepatan tinggi ini, jam atom adalah asas untuk skala masa dunia.

Untuk membolehkan komunikasi global dan transaksi sensitif masa seperti pembelian rak dan saham skala masa global, berdasarkan masa yang diberitahu oleh jam atom, telah dibangunkan di 1972. Waktu yang berskala Waktu, Selaras Waktu Sejagat (UTC) ini dikawal dan dikawal oleh Biro Antarabangsa berat dan langkah (BIPM) yang menggunakan konstelasi jam atom atom 230 dari makmal 65 di seluruh dunia untuk memastikan tahap ketepatan yang tinggi.

Jam atom adalah berdasarkan sifat-sifat asas atom, yang dikenali sebagai mekanik kuantum. Mekanik kuantum mencadangkan bahawa elektron (zarah bercas negatif) yang mengorbit nukleus atom boleh wujud dalam pelbagai peringkat atau pesawat orbit bergantung jika mereka menyerap atau melepaskan jumlah tenaga yang betul. Apabila elektron telah menyerap atau mengeluarkan tenaga yang cukup dalam dapat 'melompat' ke tahap yang lain, ini dikenali sebagai melompat kuantum.

Kekerapan antara kedua-dua keadaan tenaga adalah apa yang digunakan untuk menjaga masa. Kebanyakan jam atom didasarkan pada atom sesium yang mempunyai tempoh radiasi 9,192,631,770 yang bersamaan dengan peralihan antara dua peringkat. Kerana ketepatan jam cesium, BIPM kini mempertimbangkan detik yang akan didefinisikan sebagai kitaran 9,192,631,770 atom caesium.

Jam atom digunakan dalam ribuan aplikasi yang berbeza di mana masa yang tepat adalah penting. Komunikasi satelit, kawalan lalu lintas udara, perdagangan internet dan GP semuanya memerlukan jam atom untuk menjaga waktu. Jam atom juga boleh digunakan sebagai kaedah menyegerakkan rangkaian komputer.

Rangkaian komputer menggunakan a NTP server masa boleh menggunakan sama ada penghantaran radio atau isyarat yang disiarkan oleh satelit GPS (Global Positioning System) sebagai sumber masa. Program NTP (atau daemon) kemudian akan memastikan semua peranti di rangkaian tersebut akan disegerakkan ke masa seperti yang diberitahu oleh jam atom.

Dengan menggunakan a Pelayan NTP diselaraskan pada jam atom, rangkaian komputer boleh menjalankan masa sejagat yang diselaraskan sama seperti rangkaian lain yang membolehkan transaksi sensitif masa dijalankan dari seluruh dunia.

Pelayan NTP digunakan oleh rangkaian komputer sebagai rujukan masa untuk penyegerakan. An Pelayan NTP adalah benar-benar peranti komunikasi yang menerima masa dari jam atom dan mengedarkannya. Pelayan NTP yang menerima masa jam atom secara langsung dikenali sebagai pelayan NTP stratum 1.

Peranti 0 adalah jam atom sendiri. Ini adalah sangat mahal dan halus mesin dan hanya boleh didapati dalam makmal fizik skala besar. Malangnya terdapat banyak peraturan yang mengawal siapa yang boleh mengakses pelayan 1 lapisan kerana pertimbangan jalur lebar. Kebanyakan stratum pelayan NTP 1 ditubuhkan oleh universiti atau pertubuhan bukan keuntungan yang lain dan harus menyekat siapa yang mengaksesnya.

Untungnya lapisan pelayan 2 boleh memberikan ketepatan yang cukup baik sebagai sumber masa dan mana-mana peranti yang menerima isyarat masa itu sendiri boleh digunakan sebagai rujukan masa (peranti yang menerima masa dari peranti 2 stratum adalah pelayan 3 lapisan. Peranti yang menerima masa dari pelayan 3 adalah lapisan peranti 4, dan sebagainya).

Ntp.org, adalah rumah rasmi projek kolam NTP dan setakat ini tempat terbaik untuk mencari pelayan NTP awam. Terdapat dua senarai pelayan awam yang terdapat di dalam kolam; pelayan utama, yang memaparkan pelayan 1 lapisan (kebanyakannya adalah akses tertutup) dan menengah yang semua pelayan 2 lapisan.

Apabila menggunakan pelayan NTP awam adalah penting untuk mematuhi peraturan akses kerana kegagalan berbuat demikian boleh menyebabkan pelayan menjadi tersumbat dengan lalu lintas dan jika masalah-masalah yang berterusan mungkin dihentikan kerana kebanyakan pelayan NTP awam ditetapkan sebagai tindakan kemurahan hati.

Terdapat beberapa perkara penting yang harus diingat apabila menggunakan sumber masa dari Internet. Pertama, sumber pemasaan Internet tidak dapat disahkan. Pengesahan adalah langkah keselamatan yang dibangunkan oleh NTP tetapi tidak tersedia di internet. Kedua, menggunakan sumber pemasaan Internet memerlukan pelabuhan terbuka dalam firewall anda. Lubang dalam firewall boleh digunakan oleh pengguna yang berniat jahat dan boleh meninggalkan sistem yang terdedah kepada serangan.

Bagi mereka yang memerlukan sumber masa yang selamat atau apabila ketepatan adalah sangat penting, khusus Pelayan NTP yang menerima isyarat masa dari sama ada transmisi radio gelombang panjang atau rangkaian GP.

Oleh yang demikian Isyarat masa WWVB adalah siaran radio yang berdedikasi yang menyediakan sumber saling masa sivil Amerika Syarikat yang tepat dan boleh dipercayai, berdasarkan skala waktu UTC UTC (Waktu Bersama Selaras), isyarat WWVB disiarkan dan dikendalikan oleh makmal NIST Amerika Syarikat (Institut Kebangsaan untuk Standard dan Masa).

Isyarat masa WWVB boleh digunakan oleh sesiapa yang memerlukan maklumat masa yang tepat walaupun penggunaan utamanya adalah sebagai sumber waktu UTC untuk pentadbir menyegerakkan rangkaian komputer dengan jam radio. Jam radio benar-benar satu lagi istilah untuk a rangkaian pelayan masa yang menggunakan transmisi radio sebagai sumber masa.

Kebanyakan pelayan masa rangkaian berasaskan radio menggunakan NTP (Protokol Masa Rangkaian) untuk mengedarkan maklumat masa di seluruh rangkaian.

Isyarat WWVB disiarkan dari Fort Collins, Colorado. Ia tersedia jam 24 setiap hari di seluruh Amerika Syarikat dan Kanada, walaupun isyarat terdedah kepada gangguan dan topografi tempatan. Pengguna perkhidmatan WWVB menerima isyarat 'gelombang darat'. Walau bagaimanapun, terdapat juga 'gelombang langit' yang dapat dilihat dari ionosfera dan lebih kuat pada waktu malam; ini boleh menghasilkan isyarat yang diterima sama ada lebih kuat atau lebih lemah.

Isyarat WWVB dijalankan pada kekerapan 60 kHz (ke dalam bahagian 2 di 1012) dan dikawal oleh jam atom cesium berdasarkan NIST

Kekuatan medan isyarat melebihi 100 μV / m (microvolts a meter) pada jarak 1000 km dari Colorado - yang meliputi banyak Amerika Syarikat.

Isyarat WWVB adalah dalam bentuk kod perduaan ringkas yang mengandungi maklumat masa dan tarikh Masa WWVB dan kod tarikh termasuk maklumat berikut: tahun, bulan, hari bulan, hari dalam seminggu, jam, minit, masa musim panas (berlaku atau dekat).

Masa sentiasa memainkan peranan penting dalam tamadun. Memahami dan memantau masa telah menjadi salah satu pra-pekerjaan umat manusia sejak zaman prasejarah dan keupayaan untuk mengesan masa adalah sama pentingnya dengan orang dahulu kala seperti kepada kita.

Nenek moyang kita perlu tahu bila masa terbaik adalah menanam tanaman atau ketika berkumpul untuk perayaan keagamaan dan mengetahui waktu bermakna memastikan ia adalah sama dengan orang lain.

Penyegerakan masa adalah kunci untuk menjaga masa yang tepat sebagai mengatur acara pada masa tertentu hanya berfaedah jika semua orang berjalan pada masa yang sama. Di dunia moden, sebagai perniagaan telah berpindah dari sistem berasaskan kertas kepada elektronik, pentingnya penyegerakan masa dan mencari ketepatan yang lebih baik adalah lebih penting lagi.

Rangkaian komputer kini berkomunikasi antara satu sama lain dari seluruh dunia yang menjalankan urus niaga bernilai berbilion ringgit setiap saat, ketepatan milisaat kini merupakan sebahagian daripada kejayaan perniagaan.

Rangkaian komputer boleh terdiri daripada beratus-ratus dan beribu-ribu komputer, pelayan dan router dan sementara mereka semua mempunyai jam dalaman, kecuali mereka disegerakkan dengan sempurna bersama-sama pelbagai masalah yang berpotensi dapat terjadi.

Pelanggaran keselamatan, kehilangan data, kerapuhan dan kerosakan yang kerap, penipuan dan kredibiliti pelanggan adalah semua kemungkinan terjadinya penyelarasan waktu komputer yang lemah. Komputer bergantung pada masa sebagai satu-satunya titik rujukan antara peristiwa dan banyak aplikasi dan proses yang bergantung kepada masa.

Malah percanggahan beberapa milisaat antara peranti boleh menyebabkan masalah terutama dalam dunia kewangan global di mana berjuta-juta mendapat atau hilang sesaat. Atas sebab ini kebanyakan rangkaian komputer dikawal oleh a pelayan masa. Peranti ini menerima isyarat masa dari jam atom. Isyarat ini kemudiannya diedarkan kepada setiap peranti di rangkaian, memastikan semua mesin mempunyai masa yang sama.

Kebanyakan peranti penyegerakan dikawal oleh program komputer NTP (Protokol Masa Rangkaian). Perisian ini selalu memeriksa jam setiap peranti untuk hanyut (melambatkan atau mempercepat dari masa yang diingini) dan membetulkannya memastikan peranti tidak pernah goyah dari masa yang disegerakkan.

penyegerakan masa kini merupakan bahagian penting dalam pentadbiran rangkaian. Rangkaian yang tidak disegerakkan ke waktu UTC (Waktu Bersama Selaras) menjadi terpencil; tidak dapat memproses transaksi sensitif masa atau berkomunikasi dengan selamat dengan rangkaian lain.

Waktu UTC telah dibangunkan untuk membolehkan seluruh dunia berkomunikasi di bawah satu bingkai masa dan ia berdasarkan masa yang diberitahu oleh jam atom.

Untuk menyegerakkan ke waktu UTC, ramai pentadbir rangkaian hanya menyambung kepada sumber masa Internet dan mengandaikan mereka menerima sumber selamat UTC. Walau bagaimanapun, terdapat perangkap untuk ini dan mana-mana rangkaian yang memerlukan keselamatan seharusnya tidak menggunakan Internet sebagai sumber masa:

1. Untuk menggunakan sumber pemasaan internet, pelabuhan perlu diteruskan dalam firewall. Ini 'lubang' untuk membolehkan maklumat masa untuk dilalui dapat digunakan oleh orang lain juga.
2. NTP (Protokol Masa Rangkaian) mempunyai langkah keselamatan yang dibangunkan yang dipanggil pengesahan yang memastikan sumber masa adalah tepat yang dikatakannya, ini tidak boleh digunakan melalui Internet.
3. Sumber-sumber masa internet adalah tidak tepat. Satu kajian oleh Nelson Minar dari MIT (Massachusetts Institute of Technology) mendapati kurang daripada separuh adalah cukup dekat untuk waktu UTC untuk dijelaskan sebagai dipercayai (beberapa di mana minit dan bahkan jam keluar!).
4. Jarak di seluruh Internet boleh menyebabkan punca waktu Internet yang sangat tepat tidak berguna kerana jarak kepada pelanggan boleh menyebabkan kelewatan.
5. Pelayan masa berdedikasi akan menggunakan isyarat radio GPS masa yang boleh diaudit untuk menjamin ketepatannya, memberikan perlindungan dan perlindungan undang-undang; sumber masa internet tidak boleh.

Dedicated pelayan masa NTP bukan sahaja menawarkan perlindungan dan keselamatan yang lebih besar daripada sumber waktu Internet. Mereka juga menawarkan ketepatan yang tidak terkawal dengan kedua-dua GPS dan masa dan penghantaran radio frekuensi (seperti MSF, DCF atau WWVB) tepat dalam beberapa milisaat waktu UTC.

pelayan masa GPS adalah pelayan masa rangkaian yang menerima isyarat masa dari rangkaian GPS dan mengedarkannya di antara semua peranti pada rangkaian yang memastikan keseluruhan rangkaian disegerakkan.

GPS adalah sumber masa yang ideal sebagai isyarat GPS boleh didapati di mana sahaja di dunia. GPS bermaksud Sistem Penentududukan Global, rangkaian GPS dimiliki oleh tentera AS dan dikawal dan dikendalikan oleh angkatan udara Amerika Syarikat (sayap angkasa). Walau bagaimanapun, sejak akhir 1980 telah dibuka kepada penduduk awam dunia sebagai alat untuk membantu navigasi.

Rangkaian GPS sebenarnya adalah sebuah konstelasi satelit 32 yang mengorbit Bumi, mereka sebenarnya tidak memberikan maklumat kedudukan (penerima GPS melakukannya) tetapi menghantar dari jam atom onboard mereka isyarat masa.

Isyarat masa ini adalah apa yang digunakan untuk mengusahakan kedudukan global dengan mengesahkan 3-4 isyarat masa seseorang penerima dapat bekerja sejauh dan oleh itu kedudukan anda dari satelit. Pada dasarnya, satelit kedudukan global hanyalah jam mengorbit dan ia adalah maklumat yang disiarkan yang boleh diambil oleh pelayan masa GPS dan diedarkan di antara rangkaian.

Sementara ketepatan masa GPS tidak sama dengan UTC waktu global (diselaraskan waktu sejagat), a pelayan masa GPS akan menukar format masa secara automatik ke UTC.

Pelayan masa GPS boleh memberikan ketepatan yang tidak terkawal dengan rangkaian yang dapat mengekalkan ketepatan dalam beberapa milisaat UTC.