השעון האטומי הראשון בעולם ישמור זמן על המסע שלך למאדים

ג 'ון פטרסון הוא שען צנוע Kauai, הוואי, אשר, במשך חמש השנים האחרונות, כבר בשקט להפוך את הצרכן הראשון בעולם ברמת הצרכן האטומית. תנו אלף שנים לעבור את השעון הזה רק לאבד השני בדייקנות. קח את זה עמוק מתחת למים, בתוך התופת: הזמן ממשיך לתקתק. או, אם אתה מרגיש הרפתקני, לקחת אותו לחלל. קח את זה למאדים.

זה ימשיך זמן.

לפטרסון תואר דוקטור. ב מדעי המוח, אבל הוא שפך את כוח המוח שלו לתוך שעונים. הוא מנהל את החברה שלו, באטיס הוואי, מביתו על האי גרדן. "הפילוסופיה היתה תמיד שזה לא רק בחור עשיר שמגיע לו לצפות יפה", הוא מספר הפוך. Bathys מגיע מן המילה היוונית " באתוס, "שפירושו" עמוק "- פשוטו כמשמעו, ובהשאלה. בעוד שעוניו יישארו נאמנים בעומקים גדולים, שעון האטום שלו יישאר נאמן גם בגבהים גדולים. גבהים מאדים.

מענק בסך 200 מיליון דולר למענקי מחקר מתקדמים בתחום הביטחון, הוביל ליצירה של שבב אטומי קטן בתוך Bathys Hawaii Cesium 133, מסביר פטרסון. אבל ברגע שגילה כי הצ'יפים היו זמינים לרכישה, הוא תפס "שעון אומגה ישן" שהוא החביא במגירה, מכר אותו ב- eBay, קנה שבב אטומי, ובסיועו של אחד הוואיים אחרים - הגיע לעבודה.

הוא ידע שעליו להשתמש בשבבים האטומיים לשיחותיהם האמיתיות ביותר: שעונים. השני הבינלאומי, אחרי הכל, מוגדר על ידי צזיום: תדירות הקרינה שלו הוא 9,192,631,770 הרץ, אשר מדענים בשנות החמישים קשרו עד ephemeris הזמן. בעוד שעונים אחרים נופלים קורבן להשפעות רלטיביסטיות במהירויות גבוהות, שעוני צסיום אינם. תדירות נשאר זהה, ולכן הזמן נשאר מדויק. אז פטרסון, שבב ביד, הגיע לעבודה. עד מהרה היה לו שעון יד מתפקד, מדויק להפליא; הוא לקח את אב טיפוס כדי Kickstarter בשנת 2014. בתוך כמה ימים, הוא כמעט הוכפל המטרה שלו גיוס כספים.

הפוך דיבר עם פטרסון על הטכנולוגיה שמאחורי שעון צ'סיום 133, על נסיעות בחלל, ועל כמה מהר כולנו נהיה שעונים אטומיים. (רמז: בקרוב, אבל הם לא יכולים להיות שעונים, כשלעצמה).

כיצד פועל הצזיום?

זה די מורכב. לא רק שאנחנו צריכים לעצב את השעון באמצעות שבב זה, סוללה נטענת, וכו ', אבל אנחנו גם צריכים לעצב חיצוני תחנת בסיס סוג מסוג זה עובד לחייב את השעון. אבל, בעיקר, זה עובד כדי להגדיר את השעון בצורה מדויקת ככל האפשר. שעונים אלה יכולים להיות מוגדר בתוך פחות מ -100 nanoseconds - זה מאה מיליארד של שנייה - כדי בדיוק, זמן תקן בינלאומי עבור העולם. ברגע שהם נקבעים, הם מדויקים לשנייה אחת באלף שנים. השעון הנמצא בטלפון, או במחשב - רובן מדויקות רק לכ -200 מילי-שניות. זוהי השגיאה כי השעון הזה מתפתח בתוך 200 שנה.

ה- GPS נעשה! זה מושך את הזמן מדויק הדופק כדי להגדיר את Cesium 133 בתוך 20 מיליארד של שנייה.

תמונה שפורסמה על ידי Bathys הוואי (@bathys_hawaii) on

היינו צריכים להעתיק את אותו הדבר שהצבא עושה כאשר הם רוצים להגדיר את אחד השעונים האטומיים שלהם. גם מקלטי GPS הם על ידי כמה מאות אלפיות השנייה: המחשב מבלה את כל הזמן בעיבוד נתוני המיקום, ולא את הזמן. אז היינו צריכים לעשות יחידת GPS שלנו, כי בעצם מתמקד רק עובר את הנתונים בזמן ללא כל עיכוב בכלל. זה פשוט מוצץ אותו מהחלל ושולח אותו ישר לשעון ללא כל עיכוב בכלל.

ממה שאני מבין, שעוני צזיום מושכים לא רק בגלל הדיוק שלהם, אלא גם בגלל שהם מחזיקים את הדיוק שלהם בתנאים רבים.

כן. טמפרטורה היא דבר גדול ב timekeeping. אז, אתה יכול לעלות עד כ 150 מעלות צלזיוס או עד בערך מינוס 20 מעלות צלזיוס, וזה נשאר מדויק.

ברגע שאתה מגדיר את השעון במדויק, אם אתה מחובר אותו אל תאוצה, ואת המצפן, ואת יחידות אינרציה פנימית בטלפון שלך - אשר בעצם שיא השיפוע, האצה, וכל הדברים האלה - זה יכול לשמש GPS משלה, ללא צורך להיות בקשר עם GPS. זה יכול לעקוב במדויק את המיקום שלך עד 10 ס"מ במשך ימים, במשך חודשים.

יש כל כך הרבה טכנולוגיות אפשריות שיכולות לצמוח מתוך זה. אם אתה כבאי בניו יורק ואתה צריך לרוץ לתוך גורד שחקים בוער, אתה הולך לאבד GPS שלך, אז אתה לא הולך להיות מסוגל לתקשר את עמדתך כבאים אחרים. אבל אם כולם היו מסנכרנים את השעון הזה, הוא יכול רק לדבר על תדרי הרדיו הרגילים, וזה היה יכול להגיד להם איפה הם. זה לא משנה אם הם במערה, בבניין בוער, או מתחת למים: בכל מקום שאתה לא יכול לקבל GPS, אתה יכול לקבל את המיקום שלך.

או מקום.

או מקום. או במנהרה עם המכונית שלך נוהג.

האם זה יכול להיות משהו שאנשים רוצים ללכת למאדים יכול להשתמש כדי לשמור על זמן?

ראשית, הערה צדדית קטנה: הייתי ממש ברשימת המועמדים להיות באחד מבתי הגידול של מאדים. האחד כאן בהוואי. הגעתי לבחירה האחרונה. הם בחרו שישה, ואני הייתי ב -30. אני חושבת שהייתי מבוגרת מדי, ואני שמחה מאוד שלא הצלחתי לעשות את זה. הם פשוט יצאו לפני כמה ימים, ועכשיו אני כאילו,'אני כל כך שמחה שזה לא אני.' הבחור מנשק את אשתו בפעם הראשונה בתוך שנה - אני אוהב,'לא, לעזאזל'.

שעון רגיל יעבוד בחלל במידה מסוימת. שעון קוורץ ישמור זמן בחלל - זה לא שזה לא יעבוד בכלל. אבל יש השפעה רלטיביסטית של תנועה מהירה.

אם ה- GPS שלך אינו מסביר את זמן הנסיעה ללוויין, במקום להיות מסוגל לאתר אותך בתוך שישה או שבעה מטרים כמו הטלפון שלך עושה עכשיו, זה יוצא ל 35 ק"מ. עד כמה חשוב שהאפקט היחסי נלקח בחשבון. מהירות האור ואת המהירות של הלוויין הוא כל כך מהר, כי זה מעט שינויים בזמן.

זה ממש קל להסביר איך הצ'זיום עובד. בעיקרון, הדרך לחשוב על זה היא כי צזיום הוא כמעט כמו מראה. אם אתה עושה את זה לרטוט בתדירות המדויקת של תשעה מיליארד מחזורים בשנייה, זה מתנהג כמו מראה. לא משנה מה האנרגיה יורה בו יורה בחזרה אליך. בכל תדר אחר, זה כמו פיסת קטיפה שחורה: היא קולטת את האנרגיה. בדיוק כשזה מגיע לתדר המדויק הזה, ואתה מפציץ אותו במיקרוגל שלך, פתאום כל המיקרוגל שלך מתחיל לקפוץ חזרה. וזה אומר שאתה מסמור את זה.

זה מאפיין פיסי של צסיום. אין לזה שום קשר עם דבר רדיואקטיבי. צסיום הוא כמו כספית, כמעט - זה נוזל. כאשר אתה לחמם אותו, זה הופך לגז. בתוך התא הקטן יש תנור קטן שמרמם את הגז, מפציץ אותו בגלי רדיו, ומחפש את ההשתקפות הזאת. תקן בינלאומי בפועל עבור שנייה אחת היא מספר התנודות.

זה אף פעם לא משתנה: אתה הולך לחלל, זה אותו דבר. אתה הולך קרוב למהירות האור - לא משתנה. ואילו אם אתה לוקח שעון קוורץ, או שעון מכני, והתחלתי לקחת את זה למהירות סופר מהיר, זה יגרום דברים לשנות, וזה לא יהיה מדויק יותר.

האם הצ 'יפס האלה ימצאו את דרכם לתוך טכנולוגיות אחרות בקרוב?

אני חושב שתראה את הטכנולוגיה הזו בסמארטפונים שלך ובמכוניות המכוונות את עצמך בתוך כחמש שנים. זה כנראה יהיה יותר כמו ה- GPS שמופיע בטלפון שלך. כל הפתאומי תראה את הטכנולוגיה הזאת ממוזערת עד לנקודה שבה היא יכולה להתאים לטלפון. כרגע, השבב הוא בגודל של קופסת גפרורים ממסעדה מהודרת. זה די גדול, וזה לא יכול להיות הרבה יותר קטן בגלל החומר אריזה פיזיקה שיש להתאים שם. אבל אם הם יוכלו לזעזע אותה עוד רמה אחת, אז היא תופיע בכל מקום. הטכנולוגיה היא לא יקר לעשות - זה בהחלט יכול להיעשות. אז הייתי אומר חמש או שש שנים, אבל אני לא באמת מצפה שווייץ תהיה זו. אני מצפה יותר, כמו סמסונג, או אפל, או גוגל להיות אחד.

ראיון זה נערך לקיצור ולבהירות.