Dunia fizik itu sendiri menjadi sedikit tizz bulan ini sebagai saintis di CERN, Makmal Eropah untuk Fizik Partikel, mendapati anomali pada salah satu eksperimen mereka, yang sepertinya menunjukkan bahawa beberapa zarah bergerak lebih laju daripada cahaya.

Pelayan masa boleh memberikan ketepatan jam atom

Sudah tentu lebih cepat daripada perjalanan cahaya untuk zarah mana-mana yang dilarang, menurut Teori Relativiti Khas Einstein, tetapi tim OPERA di CERN, yang menembakkan neutrino di sekitar pemecut partikel, melakukan perjalanan untuk 730 km, mendapati neutrino mengembara jarak 20 bagian per juta lebih cepat daripada foton (zarah cahaya) yang bermakna mereka memecahkan had kelajuan Einstein.

Walaupun eksperimen ini boleh menjadi salah satu penemuan yang paling penting dalam fizik, ahli fizik kekal skeptis, menunjukkan bahawa penyebabnya boleh menjadi ralat yang dihasilkan dalam kesulitan dan kerumitan mengukur kelajuan dan jarak yang tinggi itu.

Pasukan di CERN digunakan pelayan masa GPS, jam atom mudah alih dan sistem kedudukan GPS untuk membuat pengiraan mereka, yang semuanya memberikan ketepatan dalam jarak ke dalam 20cm dan ketepatan masa ke dalam nanodetik 10. Walau bagaimanapun, kemudahan itu adalah di bawah tanah dan isyarat GPS dan aliran data lain terpaksa diturunkan ke eksperimen, kependaman pasukan yakin mereka mengambil kira semasa pengiraan mereka.

Fizik dari organisasi lain sekarang cuba mengulang eksperimen untuk melihat apakah mereka mendapat hasil yang sama. Walau apa pun hasilnya, jenis penyelidikan terobosan ini hanya mungkin terima kasih kepada ketepatan jam atom yang dapat mengukur waktu hingga sejuta detik.

Untuk menyegerakkan rangkaian komputer ke jam atom anda tidak perlu mempunyai akses ke makmal fizik seperti CERN sebagai mudah pelayan masa NTP seperti Galleons NTS 6001 akan menerima sumber tepat jam jam atom dan menyimpan semua perkakasan pada rangkaian dalam beberapa milisaat itu.

Kebanyakan kita fikir kita tahu apa masa itu. Sekilas jam tangan kami atau jam dinding, kita boleh tahu masa itu. Kami juga fikir kami mempunyai idea yang cukup baik mengenai kelajuan masa depan, satu saat, satu minit, satu jam atau sehari cukup jelas; Walau bagaimanapun, unit-unit masa ini adalah buatan manusia dan tidak selaras dengan yang kita fikirkan.

Masa adalah konsep abstrak, sementara kita mungkin fikir ia adalah sama untuk semua orang, masa terjejas oleh interaksi dengan alam semesta. Graviti, sebagai contoh, seperti yang diperhatikan oleh Einstein, mempunyai keupayaan untuk meledingkan ruang-waktu mengubah kelajuan di mana masa berlalu, dan sementara kita semua hidup di planet yang sama, di bawah gaya graviti yang sama, ada perbezaan yang halus dalam kelajuan di mana masa berlalu.

Menggunakan jam atom, para saintis dapat menentukan kesan graviti bumi pada masanya. Tinggi di atas paras laut jam atom ditempatkan, perjalanan lebih cepat. Walaupun perbezaan ini adalah minit, eksperimen-eksperimen ini dengan jelas menunjukkan bahawa postulasi Einstein adalah betul.

Jam atom telah digunakan untuk menunjukkan beberapa teori lain mengenai Einstein mengenai masa juga. Dalam teorinya relativiti, Einstein berpendapat bahawa kelajuan adalah faktor lain yang memberi kesan kepada kelajuan di mana masa berlalu. Dengan meletakkan jam atom pada pesawat mengorbit atau kapal terbang yang mengendali laju, masa yang diukur oleh jam-jam ini berbeza kepada jam yang tersisa statik di Bumi, satu lagi petunjuk bahawa Einstein adalah betul.

Sebelum jam atom, mengukur masa ke tahap ketepatan seperti itu tidak mustahil, tetapi sejak penemuan mereka dalam 1950, bukan sahaja memperlihatkan pernyataan Einstein yang betul, tetapi juga telah menemui beberapa aspek lain yang luar biasa tentang bagaimana kita menganggap masa.

Walaupun kebanyakan kita memikirkan hari sebagai 24-jam, dengan setiap hari menjadi panjang yang sama, jam atom telah menunjukkan bahawa setiap hari berbeza-beza. Tambahan pula, jam atom juga telah menunjukkan bahawa putaran bumi secara beransur-ansur perlahan, bermakna hari-hari semakin perlahan.

Oleh sebab perubahan masa ini, skala masa global di dunia, UTC (Waktu Terang Waktu Universal) memerlukan pelarasan sekali-sekala. Setiap enam bulan atau lebih, detik lompat ditambah untuk memastikan UTC berjalan pada kadar yang sama sebagai hari Bumi, menyumbang kepada penurunan secara perlahan spin planet.

Bagi teknologi yang memerlukan tahap ketepatan yang tinggi, pelarasan masa yang tetap ini diambilkira oleh protokol masa NTP (Rangkaian Masa Protokol) supaya rangkaian komputer menggunakan NTP server masa sentiasa dipatuhi UTC.

Jam atom bukan ciptaan baru-baru ini. Dibangunkan dalam 1950, jam atom berasaskan sesium tradisional telah memberikan kita masa yang tepat selama setengah abad.

Oleh yang demikian jam atom cesium telah menjadi asas masa kita - secara literal. The Sistem Unit Antarabangsa (SI) mentakrifkan detik sebagai beberapa ayunan dari sesium atom dan jam atom mengawal banyak teknologi yang kita hidup dengan penggunaan setiap hari: Internet, navigasi satelit, kawalan lalu lintas udara dan lampu isyarat untuk dinamakan tetapi beberapa.

Walau bagaimanapun, perkembangan terbaru dalam jam kuantum optik yang menggunakan atom tunggal logam seperti aluminium atau strontium beribu-ribu kali lebih tepat berbanding jam atom tradisional. Untuk meletakkan perspektif ini, jam atom cesium yang terbaik seperti yang digunakan oleh institut seperti NIST (National Institute for Standards and Time) atau NPL (Makmal Fizikal Kebangsaan) untuk mentadbir skala masa dunia global UTC (Masa Teragih Masa Sejagat), tepat dalam masa sejam setiap juta tahun 100. Walau bagaimanapun, jam optik kuantum yang baru ini adalah tepat untuk setiap tahun bilion 3.4 - hampir selagi bumi sudah tua.

Bagi kebanyakan orang, satu-satunya pertemuan dengan jam atom yang menerima isyarat masa adalah a rangkaian pelayan masa or Peranti NTP (Protokol Masa Rangkaian) untuk tujuan menyegerakkan peranti dan rangkaian dan isyarat jam atom dihasilkan menggunakan jam cesium.

Dan sehingga ahli-ahli sains dunia boleh bersetuju dengan atom tunggal untuk menggantikan cesium dan reka bentuk jam tunggal untuk menjaga UTC, tiada seorang pun daripada kita akan dapat memanfaatkan ketepatan yang luar biasa ini.

Jam atom adalah kronometers yang paling tepat yang kita ada. Mereka berjuta-juta kali lebih tepat daripada jam digital dan boleh menyimpan masa untuk beratus-ratus juta tahun tanpa kehilangan sebanyak satu saat. Penggunaan mereka telah merevolusikan cara kita hidup dan bekerja dan mereka telah membolehkan teknologi seperti sistem navigasi satelit dan perdagangan dalam talian global.

Tetapi bagaimana mereka bekerja? Cukuplah, jam atom berfungsi dengan cara yang sama seperti jam mekanikal biasa. Tetapi bukannya mempunyai pegas dan jisim bergelora atau bandul mereka menggunakan ayunan atom. Jam atom tidak radioaktif kerana mereka tidak bergantung kepada kerosakan atom malah mereka bergantung pada getaran kecil pada tahap tenaga tertentu (ayunan) antara nukleus atom dan elektron-elektron di sekelilingnya.

Apabila atom menerima tenaga gelombang mikro tepat pada frekuensi yang betul, ia mengubah keadaan tenaga, keadaan ini tetap tidak berubah dan ayunan boleh diukur sama seperti kutu jam mekanikal. Walau bagaimanapun, semasa jam mekanikal semak setiap saat, jam atom 'semak' beberapa bilion kali sesaat. Dalam kes atom cesium, yang paling biasa digunakan dalam jam atom, mereka menandakan 9,192,631,770 sesaat - yang kini definisi rasmi satu saat.

Jam atom kini mentadbir seluruh komuniti global sebagai skala masa sejagat UTC (Selaras Masa Sejagat) berdasarkan jam jam atom telah dibangunkan untuk memastikan penyegerakan. Isyarat jam atom UTC boleh diterima oleh pelayan masa rangkaian, sering dirujuk sebagai NTP Server, yang boleh menyegerakkan rangkaian komputer dalam beberapa milisaat UTC.

Dari jam tangan ke jam atom dan pelayan masa NTP, pemahaman masa telah menjadi penting bagi banyak teknologi moden seperti navigasi satelit dan komunikasi global.

Dari masa ke masa untuk kesan graviti pada masa, masa mempunyai banyak aspek yang aneh dan indah yang ahli-ahli sains hanya mula memahami dan menggunakan. Berikut adalah beberapa fakta yang menarik, aneh dan luar biasa mengenai masa:

• Masa tidak berasingan dari ruang angkasa, masa membuat Einstein memanggil masa empat dimensi ruang. Masa ruang boleh digerakkan oleh graviti yang bermaksud bahawa masa melambatkan pengaruh gravitasi yang lebih besar. Terima kasih kepada jam atom, masa di bumi boleh diukur pada setiap inci seterusnya di atas permukaan bumi. Ini bermakna bahawa setiap badan kaki lebih muda dari kepala mereka kerana masa berjalan lebih perlahan ke tanah yang anda dapatkan.

• Masa juga dipengaruhi oleh kelajuan. Satu-satunya pemalar di alam semesta ialah kelajuan cahaya (dalam vakum) yang sentiasa sama. Kerana teori relativiti terkenal Einstein, sesiapa yang bepergian dekat dengan kelajuan cahaya perjalanan ke pemerhati yang akan mengambil ribuan tahun akan berlalu dalam beberapa saat. Ini dipanggil dilancarkan masa.

• Tiada apa-apa dalam fizik kontemporari yang melarang masa perjalanan ke hadapan dan ke belakang dalam masa.

• Terdapat 86400 saat dalam sehari, 600,000 dalam seminggu, lebih daripada 2.6 juta dalam sebulan dan lebih daripada 31 juta dalam setahun. Sekiranya anda hidup berumur 70 maka anda akan hidup melalui lebih daripada 5.5 bilion saat.

• Satu nanodetik adalah satu bilion detik atau kira-kira masa yang diperlukan untuk cahaya untuk bergerak sekitar kaki 1 (30 cm).

• Sehari tidak pernah lama 24. Putaran bumi mempercepatkan secara beransur-ansur yang bermaksud waktu UTC UTC (diselaraskan waktu sejagat) harus mempunyai detik lompatan ditambahkan sekali atau dua kali setahun. Masa lompat ini diambil kira secara automatik dalam sebarang penyegerakan jam yang digunakan NTP (Protokol Masa Rangkaian) seperti a pelayan masa NTP berdedikasi.

Berikutan kejayaan penyelidik Denmark bekerja bersempena dengan NIST (Institut Kebangsaan untuk Piawaian dan Masa), yang melancarkan jam atom dunia yang paling tepat pada awal tahun ini; Saintis Jerman telah memasuki perlumbaan untuk membina jam tangan yang paling tepat di dunia.

Penyelidik di Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) di Jerman menggunakan kaedah spektroskopi baru untuk menyiasat sistem atom dan molekul dan berharap dapat mengembangkan jam berdasarkan atom aluminium tunggal.

jambatan jam atom digunakan untuk navigasi satelit (GPS), sebagai rujukan untuk rangkaian komputer Pelayan NTP dan kawalan lalu lintas udara secara tradisinya berdasarkan pada atom sesium. Walau bagaimanapun, generasi jam atom yang akan datang, seperti yang diperkenalkan oleh NIST yang dikatakan tepat dalam masa sejam setiap juta tahun 300, menggunakan atom dari bahan lain seperti strontium yang dikatakan saintis boleh menjadi lebih tepat daripada sesium .

Para penyelidik di PTB memilih untuk menggunakan atom aluminium tunggal dan percaya bahawa mereka sedang dalam perjalanan untuk membangunkan jam paling tepat yang pernah ada dan percaya terdapat potensi besar bagi peranti sedemikian untuk membantu kita memahami beberapa aspek fizik yang lebih rumit.

Tanaman semasa jam atom membolehkan teknologi seperti navigasi satelit, kawalan lalu lintas udara dan penyegerakan masa rangkaian menggunakan Pelayan NTP tetapi dipercayai peningkatan ketepatan generasi jam atom yang akan datang boleh digunakan untuk mendedahkan beberapa sifat yang lebih enigmatic sains kuantum seperti teori rentetan.

Para penyelidik mendakwa jam baru akan memberikan ketepatan sedemikian sehingga mereka dapat mengukur perbezaan minit dalam graviti ke dalam setiap sentimeter di atas paras laut.

Senjata Nuklear, komputer, GPS, jam atom dan karbon dating - terdapat banyak lagi atom daripada yang anda fikirkan.

Sejak permulaan abad ke-20 manusia telah terobsesi dengan atom dan minutiae alam semesta kita. Sebahagian besar bahagian pertama abad yang lalu, manusia menjadi taksub dengan memanfaatkan kuasa tersembunyi atom, yang diturunkan kepada kita oleh karya Albert Einstein dan dimuktamadkan oleh Robert Oppenheimer.

Walau bagaimanapun, lebih banyak lagi penerokaan atom kita daripada senjata sahaja. Kajian atom (mekanik kuantum) telah menjadi asas kepada kebanyakan teknologi moden seperti komputer dan Internet. Ia juga berada di barisan hadapan kronologi - pengukuran masa.

Atom memainkan peranan penting dalam ramalan masa dan masa. Jam atom, yang digunakan di seluruh dunia oleh rangkaian komputer menggunakan Pelayan NTP dan sistem teknikal lain seperti kawalan trafik udara dan navigasi satelit.

Jam atom kerja dengan memantau ayunan kekerapan yang sangat tinggi atom individu (secara tradisional cesium) yang tidak pernah berubah pada keadaan tenaga tertentu. Oleh kerana atom cesium bergema selama 9 bilion kali setiap saat dan tidak mengubah frekuensi ia membuat m sangat tepat (kehilangan kurang dari satu saat setiap 100 juta tahun)

Tetapi atom juga boleh digunakan untuk bekerja bukan sahaja tepat dan tepat tetapi ia juga boleh digunakan dalam menentukan umur objek. Karbon dating adalah nama yang diberikan kepada kaedah ini yang mengukur kerosakan semula jadi atom karbon. Kita semua dibuat terutamanya dari karbon dan seperti unsur-unsur lain 'penghancuran karbon' dari masa ke masa di mana atom kehilangan tenaga dengan mengeluarkan zarah pengionan dan radiasi.

Dalam beberapa atom seperti uranium ini berlaku dengan sangat cepat, bagaimanapun, atom-atom lain seperti besi sangat stabil dan sangat merosot, sangat perlahan. Karbon, sementara ia mereput lebih cepat daripada besi masih lambat untuk kehilangan tenaga tetapi kehilangan tenaga tepat dari masa ke masa jadi dengan menganalisis atom karbon dan mengukur kekuatannya, ia dapat dipastikan dengan tepat apabila karbon terbentuk semula.

Jam atom telah menjadi pengaruh besar pada kehidupan moden kita dengan banyak teknologi yang telah merevolusikan cara kita menjalani kehidupan kita bergantung pada kemampuan ultra masa yang tepat.

Jam atom jauh berbeza dengan kronometer lain; Jam atau jam biasa akan memakan masa yang agak tepat tetapi akan kehilangan kedua atau dua setiap hari. Jam atom di sisi lain tidak akan hilang sejam dalam jutaan tahun.

Malah ia adalah adil untuk mengatakan bahawa jam atom tidak mengukur masa tetapi adalah asas-asas yang kita anggap persepsi masa kita. Biar saya jelaskan, masa, sebagaimana ditunjukkan oleh Einstein, adalah relatif dan satu-satunya pemalar di alam semesta adalah kelajuan cahaya (walaupun vakum).

Oleh itu, mengukur masa dengan apa-apa ketepatan sebenar adalah sukar kerana graviti di Bumi juga akan merosot. Ia juga hampir mustahil untuk waktu asas pada mana-mana titik rujukan. Dari segi sejarah, kita sentiasa menggunakan revolusi bumi dan merujuk kepada badan-badan angkasa sebagai asas untuk memberitahu masa kita (jam 24 dalam satu hari = satu revolusi Bumi, 365 hari = satu revolusi bumi sekitar Matahari dan lain-lain).

Malangnya, putaran Bumi bukanlah rujukan tepat untuk menentukan masa yang ditetapkan. Bumi melambatkan dan mempercepatkan dalam revolusi yang bermakna beberapa hari lebih panjang daripada yang lain.

Jam atom Walau bagaimanapun, menggunakan resonans atom (biasanya cesium) pada keadaan tenaga tertentu. Oleh kerana atom-atom ini bergetar pada frekuensi yang tepat (atau bilangan masa yang tepat) ini boleh digunakan sebagai asas untuk memberitahu masa. Oleh itu, selepas perkembangan jam atom, kedua telah ditakrifkan sebagai lebih daripada 9 bilion resonans 'kutu' atom caesium.

Sifat ultra tepat jam atom adalah asas bagi teknologi seperti navigasi satelit (GPS), kawalan lalu lintas udara dan perdagangan internet. Ia boleh menggunakan sifat tepat jam atom untuk menyegerakkan rangkaian komputer juga. Apa yang diperlukan ialah NTP server masa (Protokol Masa Rangkaian).
Pelayan NTP menerima masa dari jam atom melalui isyarat penyiaran atau rangkaian GPS yang kemudiannya mengedarkannya di antara rangkaian yang memastikan semua peranti mempunyai masa yang tepat dan tepat yang tepat.

Mereka perintis kronologi di NIST telah bekerjasama dengan Universiti Colorado dan telah membangunkan jam atom yang paling tepat di dunia setakat ini. Jam berasaskan strontium hampir dua kali lebih tepat seperti jam cesium semasa yang digunakan untuk mentadbir UTC (Coordinated Universal Time) kerana ia kehilangan hanya satu saat setiap juta tahun 300.

Berdasarkan strontium jam atom kini dilihat sebagai cara ke hadapan dalam ketepatan waktu kerana tahap ketepatan yang lebih tinggi dapat dicapai yang hanya tidak mungkin dengan atom sesium. Jam strontium, seperti pendahulunya bekerja dengan memanfaatkan getaran atom yang semula jadi dan sangat konsisten.

Walau bagaimanapun, generasi baru jam menggunakan sinar laser dan suhu yang sangat rendah dekat dengan sifar mutlak untuk mengawal atom-atom dan diharapkan ia adalah langkah ke hadapan untuk mencipta jam yang tepat tepat.

Ketepatan yang melampau ini mungkin kelihatan terlalu jauh dan tidak perlu tetapi kegunaan ketepatan sedemikian banyak kali ganda dan apabila anda mempertimbangkan teknologi yang telah dibangunkan berdasarkan generasi pertama jam atom seperti navigasi GPS, Pelayan NTP penyegerakan dan penyiaran digital dunia baru teknologi yang menarik berdasarkan jam baru ini hanya boleh menjadi sekitar sudut.

Ketika saat ini skala waktu dunia global, UTC, didasarkan pada waktu yang dikatakan oleh sebuah konstelasi jam cesium (dan kebetulan ia adalah definisi detik sesaat lebih dari 9 bilion cesium kutu), dianggap apabila Jawatankuasa Perundingan untuk Masa dan Frekuensi di Biro Antarabangsa des Poids et Mesures (BIPM) Bertemu seterusnya akan membincangkan sama ada untuk membuat generasi akan datang ini jam atom standard baru.

Walau bagaimanapun, jam strontium bukanlah satu-satunya kaedah masa yang sangat tepat. Tahun lepas jam kuantum, juga dibangunkan pada ketepatan terurus NIST di 1 kedua dalam 1 bilion tahun. Walau bagaimanapun, jam jenis ini tidak boleh dipantau secara langsung dan memerlukan skema yang lebih kompleks untuk memantau masa.

Kebanyakan orang secara mendadak mendengarnya jam atom dan menganggap mereka tahu apa yang seseorang itu tetapi sangat sedikit orang tahu betapa pentingnya jam atom untuk menjalankan kehidupan kita sehari ke hari dalam abad ke-20.

Terdapat begitu banyak teknologi yang bergantung kepada jam atom dan tanpa banyak tugas yang kita ambil untuk diberikan tidak mungkin. Kawalan lalu lintas udara, navigasi satelit dan perdagangan internet hanya beberapa aplikasi yang bergantung pada kronometri ultra tepat jam atom.

Tepat apa yang jam atom adalah, sering disalahpahami. Secara ringkas, jam atom adalah peranti yang menggunakan ayunan atom pada keadaan tenaga yang berlainan untuk mengira kutu antara detik. Pada masa ini cesium adalah atom pilihan kerana ia mempunyai lebih daripada 9 bilion kutu setiap saat dan kerana ayunan ini tidak pernah berubah ia menjadikan mereka satu kaedah yang sangat tepat untuk menjaga masa.

Jam atom walaupun apa yang dikatakan oleh ramai orang hanya terdapat dalam makmal fizik berskala besar seperti NPL (Makmal Fizikal Kebangsaan UK) dan NIST (Institut Standard dan Waktu Kebangsaan AS). Selalunya orang mencadangkan mereka mempunyai jam atom yang mengawal rangkaian komputer mereka atau bahawa mereka mempunyai jam atom di dinding mereka. Ini tidak benar dan apa yang dirujuk orang ialah bahawa mereka mempunyai pelayan jam atau masa yang menerima masa dari jam atom.

Peranti seperti itu NTP server masa sering menerima isyarat jam atom membentuk tempat seperti NIST atau NPL melalui radio gelombang panjang. Kaedah lain untuk menerima masa dari jam atom menggunakan rangkaian GPS (Global Positioning System).

Rangkaian GPS dan navigasi satelit sebenarnya merupakan contoh yang baik mengapa penyegerakan jam atom sangat diperlukan dengan tahap ketepatan yang tinggi. Jam atom moden seperti yang ditemui di NIST, NPL dan dalam mengorbit satelit GPS adalah tepat sejam setiap juta tahun 100 atau lebih. Ketepatan ini adalah penting apabila anda meneliti bagaimana sesuatu seperti sistem navigasi kereta satelit GPS berfungsi.

Sistem GPS berfungsi dengan mengasingkan isyarat masa yang dihantar dari tiga atau lebih satelit GPS berasingan dan jam atom pesawat mereka. Kerana isyarat ini bergerak pada kelajuan cahaya (hampir 100,000km sejam) ketidaktepatan bahkan satu milisaat keseluruhan dapat meletakkan maklumat pelayaran keluar oleh kilometer 100.

Tahap ketepatan yang tinggi ini juga diperlukan untuk teknologi seperti kawalan lalu lintas udara yang memastikan langit sesak kita tetap selamat dan bahkan kritikal untuk transaksi Internet banyak seperti perdagangan derivatif di mana nilai boleh naik dan turun setiap saat.