Ang Unang Atomic Wristwatch ng Mundo ay Panatilihin ang Oras sa iyong Paglalakbay sa Mars

Si John Patterson ay isang mapagpakumbaba na tagabantay sa Kauai, Hawaii, na, sa nakalipas na limang taon, ay tahimik na ginagawa ang unang pang-atomic watch sa buong mundo. Hayaan ang isang libong taon na pumasa at ang panonood na ito ay mawawalan ng segundo lamang sa katumpakan. Dalhin ito malalim sa ilalim ng tubig, sa loob ng isang impyerno: Oras mapigil ang gris. O, kung nakakaramdam ka ng adventurous, dalhin ito sa espasyo. Dalhin ito sa Mars.

Ito ay mananatiling oras.

Si Patterson ay may Ph.D. sa neuroscience, ngunit ibinuhos niya ang kanyang sariling brainpower sa watchmaking. Pinapatakbo niya ang kanyang kumpanya, si Bathys Hawaii, mula sa kanyang bahay sa Garden Isle. "Ang pilosopiya ay laging hindi lamang isang rich guy na marapat na magkaroon ng magandang relo," ang sabi niya Kabaligtaran. Si Bathys ay nagmula sa salitang Griyego na " bathus, "Na nangangahulugang" malalim "- literal at pasimbolo. Habang ang kanyang mga relo ay mananatiling totoo sa mahusay na kalaliman, ang kanyang atomic watch ay mananatiling totoo sa mahusay na taas, masyadong. Mga taas ng Mars.

Ang isang $ 200 milyon Defense Advanced Research Projects Agency grant ay humantong sa paglikha ng maliit na atomic chip sa loob ng Bathys Hawaii Cesium 133, ang Patterson ay nagpapaliwanag. Ngunit sa sandaling natuklasan niya na ang mga chips ay magagamit para sa pagbili, grabbed siya ng isang "lumang OMEGA watch" na siya ay nag-stowed sa isang drawer, ibinebenta ito sa eBay, bumili ng isang atomic chip, at - sa tulong ng isa o dalawang iba pang mga Hawaiians - Nagtatrabaho.

Alam niya na kailangan niyang gamitin ang mga atomic chips para sa kanilang tunay na pagtawag: mga relo. Ang pang-internasyonal na pangalawang, pagkatapos ng lahat, ay tinukoy ng cesium: Ang dalas ng radiation nito ay 9,192,631,770 Hz, na ang mga siyentipiko noong 1950 ay nakaugnay sa oras ng ephemeris. Samantalang ang iba pang mga orasan ay nahulog biktima sa relativistic effect sa mataas na bilis, cesium clocks ay hindi. Ang dalas ay nananatiling pareho, at kaya ang oras ay nananatiling tumpak. Kaya ang Patterson, maliit na piraso, ay nakapagtrabaho. Di-nagtagal, nagkaroon siya ng isang gumagana, hindi kapani-paniwalang tumpak na relo; kinuha niya ang prototype sa Kickstarter noong 2014. Sa loob lamang ng ilang araw, halos doble niya ang kanyang layunin sa pangangalap ng pondo.

Kabaligtaran nakipag-usap kay Patterson tungkol sa teknolohiya sa likod ng panonood ng Cesium 133, tungkol sa paglalakbay sa espasyo, at tungkol sa kung gaano sandali ay magkakaroon tayo ng lahat ng mga atomic na relo. (Pahiwatig: Sa lalong madaling panahon. Ngunit hindi sila maaaring maging relo, bawat se.)

Paano gumagana ang Cesium 133?

Medyo kumplikado. Hindi lamang namin kailangang mag-disenyo ng relo gamit ang maliit na tilad na ito, isang rechargeable na baterya, at iba pa, ngunit din namin upang mag-disenyo ng isang panlabas na base station na uri ng bagay na gumagana upang singilin ang relo. Ngunit, higit sa lahat, ito ay gumagana upang itakda ang relo nang tumpak hangga't maaari. Ang mga relo na ito ay maaaring itakda sa loob ng mas mababa sa 100 nanoseconds - na isang daang bilyon sa isang segundo - sa eksaktong, internasyonal na standard na oras para sa mundo. Sa sandaling naka-set na sila, tumpak ito sa isang segundo sa loob ng isang libong taon. Ang orasan na nasa iyong telepono, o computer - karamihan ay tumpak lamang sa mga 200 millisecond. Iyon ay ang error na ang relo na ito ay bubuo sa 200 taon.

Tapos na ang GPS! Inilalagay nito ang tumpak na tibok ng oras upang itakda ang Cesium 133 sa loob ng 20 bilyon na segundo ng isang segundo.

Isang larawan na inilathala ni Bathys Hawaii (@bathys_hawaii) sa

Kinailangan naming kopyahin ang parehong bagay na ginagawa ng militar kapag nais nilang itakda ang isa sa kanilang mga atomic clock. Kahit na ang mga receiver ng GPS ay naka-off sa pamamagitan ng ilang daang miliseconds: Ang computer ay gumugugol ng lahat ng oras nito sa pagpoproseso ng data ng lokasyon, at hindi ang oras. Kaya't kailangan naming gumawa ng aming sariling GPS unit na karaniwang nakatutok sa paglipas lamang ng data ng oras nang walang pagkaantala sa lahat. Ito ay sucks lamang ito sa espasyo at ipinapadala ito nang diretso sa relo nang walang pagkaantala sa lahat.

Mula sa nauunawaan ko, ang mga relo sa cesium ay nakakaakit hindi lamang dahil sa kanilang katumpakan, kundi dahil din sa kanilang katumpakan sa maraming mga kondisyon.

Oo. Temperatura ay isang malaking bagay sa timekeeping. Kaya, maaari kang umakyat sa halos 150 degrees Celsius o pababa hanggang sa humigit-kumulang na 20 degrees Celsius, at nananatili itong tumpak.

Sa sandaling maitakda mo nang tumpak ang orasan na ito, kung isabit mo ito sa accelerometer, at ang compass, at ang panloob na mga yunit ng inertial sa iyong telepono - na karaniwang nagtatala ng sandal, acceleration, at lahat ng bagay na iyon - maaari itong kumilos bilang sarili nitong GPS, nang walang kailangang makipag-ugnay sa GPS. Maaari itong tumpak na subaybayan ang iyong lokasyon hanggang sa 10 sentimetro para sa mga araw, para sa buwan.

Mayroong maraming mga posibleng teknolohiya na maaaring lumago sa labas ng na. Kung ikaw ay isang bumbero sa New York City at kailangang magmadali sa isang nasusunog na skyscraper, mawawalan ka ng GPS, kaya hindi ka makakapag-usap sa iyong posisyon sa iba pang mga bumbero. Ngunit kung naka-sync ang lahat sa relong ito, maaari lamang itong magsalita sa mga regular na frequency ng radyo, at masasabi nito kung nasaan sila. Hindi mahalaga kung nasa kuweba sila, sa isang nasusunog na gusali, o sa ilalim ng tubig: Kahit saan hindi ka makakakuha ng GPS, maaari mong makuha ang iyong lokasyon.

O espasyo.

O espasyo. O sa isang lagusan sa iyong self-driving car.

Puwede ba ang relong ito ay isang bagay na nais ng mga taong gustong pumunta sa Mars upang panatilihin ang oras?

Una, isang maliit na tala sa tabi: talaga ako sa shortlist na nasa isa sa mga habitat ng Mars. Ang isa dito sa Hawaii. Nakarating ako sa pinakapuling pagpili. Kinuha nila ang anim, at ako ay nasa huling 30. Sa palagay ko ay napakatanda na ako, at natutuwa akong parang impiyerno na hindi ko na magawa ito. Sila ay dumating out sa ibang araw, at ngayon ako ay tulad ng, 'Natutuwa ako na hindi ako.' Hinihiwa ng lalaki ang kanyang asawa sa unang pagkakataon sa isang taon - parang ako, 'Hell no'.

Ang isang regular na panonood ay gagana sa espasyo sa ilang antas. Ang isang kuwarts watch ay mananatiling oras sa espasyo - hindi ito tulad ng hindi ito gagana sa lahat. Ngunit may mga relativistikong epekto ng paglipat ng mabilis.

Kung ang iyong GPS ay hindi account para sa oras ng paglalakbay sa satellite, sa halip na mahanap ka sa loob ng anim o pitong mga paa tulad ng ginagawa ng iyong telepono ngayon, lumalabas ito sa 35 kilometro. Iyan ay kung gaano kahalaga na ang relativistic effect ay isinasaalang-alang. Ang bilis ng liwanag at bilis ng satelayt ay napakabilis na bahagyang nagbabago ng oras.

Talagang madali itong ipaliwanag kung paano gumagana ang cesium. Talaga, ang paraan upang isipin ang tungkol dito ay ang cesium ay halos tulad ng salamin. Kung gagawin mo itong mag-vibrate sa eksaktong dalas ng siyam na bilyong siklo bawat segundo, ito ay gumaganap tulad ng salamin. Anuman ang lakas na kukunan mo dito ay bumabalik sa iyo. Sa anumang dalas, ito ay tulad ng isang itim na piraso ng pelus: Ito ay sumisipsip ng enerhiya. Kanan kapag nakakakuha ito sa eksaktong dalas, at binomba mo ito sa iyong microwave, bigla na lang ang lahat ng iyong microwave na nagsisimula sa nagba-bounce. At nangangahulugan ito na iyong ipinako ito.

Iyon ay isang pisikal na katangian ng cesium. Wala itong kinalaman sa radioactive na bagay. Ang cesium ay parang mercury, halos - ito ay likido. Kapag pinainit mo ito, lumiliko ito sa isang gas. Sa loob ng maliit na cell, mayroong isang maliit na pampainit na pinapalamig ang gas, binabuga ito ng mga radio wave, at hinahanap ang pagmumuni-muni. Ang aktwal na internasyonal na pamantayan para sa isang segundo ay ang bilang ng mga vibrations.

Na hindi nagbabago: Pumunta ka sa puwang, ganoon din. Lumapit ka sa bilis ng liwanag - ay hindi nagbabago. Sapagkat kung kumuha ka ng isang relo ng kuwarts, o isang mekanikal na panonood, at sinimulan mo itong dalhin sa napakabilis na bilis, magbabago ito ng mga bagay, at hindi na ito magiging tumpak pa.

Makakaapekto ba ang mga chip na ito sa iba pang mga teknolohiya sa lalong madaling panahon?

Sa tingin ko makikita mo ang teknolohiyang ito sa iyong mga smartphone at sa iyong mga self-driving na sasakyan sa tungkol sa limang taon. Marahil ito ay mas katulad ng GPS na lumilitaw sa iyong telepono. Ang biglaang makikita mo ang teknolohiyang miniaturized sa punto kung saan ito ay maaaring magkasya sa isang telepono. Sa ngayon, ang maliit na tilad ang laki ng isang matchbox mula sa isang magarbong restaurant. Ito ay medyo malaki, at hindi ito maaaring gawin mas maliit dahil sa physics packaging bagay na may upang magkasya sa doon. Ngunit kung maaari nilang i-miniaturize pa ito ng isa pang antas, pagkatapos ay ito ay lilitaw sa lahat ng dako. Ang teknolohiya ay hindi mahal upang makagawa - tiyak na magagawa ito. Kaya sabihin ko lima o anim na taon, ngunit hindi ko talaga inaasahan ang Swiss na maging isa. Inaasahan ko ang higit pa, tulad ng Samsung, o Apple, o Google upang maging isa.

Ang panayam na ito ay na-edit para sa pagiging maikli at kalinawan.