Секунда за 300 миллиардов лет: зачем физикам самые надежные часы
Ученые поставили рекорд, создав самую синхронизированную пару часов в истории. Это позволит проверить тончайшие свойства пространства и времени и дает шанс на создание новых технологий, о которых мы можем только гадать
Американские физики из Висконсинского университета в Мадисоне отчитались в журнале Nature о выдающемся достижении. Они создали несколько атомных часов, идущих невероятно синхронно. Чтобы набрать разность показаний в одну секунду, им понадобилось бы 300 млрд лет непрерывного хода. Такая синхронизация должна помочь экспериментаторам ловить гравитационные волны, а может быть, и таинственную темную материю.
Не думай о секундах свысока
Народная мудрость гласит, что тот, у кого только одни часы, всегда знает, сколько времени. Обладатель же нескольких часов ни в чем не уверен.
Но сегодня время — это деньги в самом буквальном смысле. Игру на бирже давно ведут не люди, а скоростные компьютеры. Компании не скупятся на прокладку тысячекилометровых оптоволоконных линий, дающих электронным игрокам фору в тысячные доли секунды. Судьба огромных состояний зависит от точного ответа на вопрос, который час.
Впрочем, дело не только в биржевых роботах. Измерение времени с точностью до крошечных долей секунды необходимо для работы спутниковой навигации, современной радиосвязи и многого другого.
Отлаженное тиканье сердца мировой экономики обеспечивают атомные часы. Синхронизируя время с интернетом, ваш компьютер или смартфон обращается к шкале международного атомного времени. Оно вычисляется по показаниям сотен атомных часов, разбросанных по десяткам лабораторий всего мира.
Как тикают атомы
Работа таких устройств основана на фундаментальном свойстве вещества. Электрон в атоме может иметь разную энергию, но не какую угодно. Есть строго определенные разрешенные значения энергии (энергетические уровни, как говорят физики). Электрон может находиться на любом из этих уровней, но не между ними. Удобная аналогия: человек может жить на первом этаже, а может, и на восьмом, но никто не живет на первом с половиной или втором с четвертью.
Чтобы подняться на более высокий энергетический уровень, электрон должен поглотить квант электромагнитного излучения (например, света) строго определенной частоты. Спускаясь обратно, он испускает такой же квант.
Остается вспомнить, что такое частота электромагнитной волны. Это количество гребней волны, проходящих через фиксированную точку пространства за одну секунду. Величина, обратная к частоте — период световой волны. Это промежуток времени между прохождениями двух последовательных гребней.