Пока вы это читаете, атомные часы отсчитали миллиарды «тиков»
Мы привыкли думать, что время идет само по себе. В физике же все намного интереснее. Чтобы измерить время, его нужно сначала «сгенерировать» — создать стабильный сигнал, который станет точкой отсчета. Для этого ученые используют квантовые «маятники» — переходы электронов внутри атомов. Чтобы внешние факторы не искажали процесс, атомы изолируют и охлаждают почти до абсолютного нуля. Разбив секунду на триллионы долей, физики получают инструмент для изучения нано-, пико- и фемтосекундных процессов.
— С точки зрения физики время можно сгенерировать. В основе таких систем — их называют атомными часами — лежат рубидиевые, цезиевые и водородные генераторы. Например, водородный эталон создает сигнал, а система автоматически подстраивает частоту генератора по сигналу излучения самого вещества. Это обеспечивает высочайшую точность измерений. Поэтому можно сказать, что у физиков всегда чуть больше времени, чем у других, — Дмитрий Глушков, директор Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов.
Потом пришел Эйнштейн и стало еще интереснее. По теории относительности гравитация и скорость меняют ход часов: чем сильнее гравитационное поле, тем сильнее замедляется время. В обычной жизни мы этого не замечаем, а вот спутники навигации на орбите из-за такой комбинации «спешат» на 38 микросекунд в день. Без поправок на эффекты относительности навигаторы в смартфонах ошибались бы на 11 километров в сутки.
Ориентирами для точных измерений стали атомы элементов с одним валентным электроном — цезий, водород и рубидий. Их свойства строго идентичны во всей Вселенной, что позволяет создавать единые стандарты времени на Земле и в космосе.
Следующий уровень — оптические атомные и ядерные часы на лазерах с частотой в сотни триллионов колебаний в секунду. Такие сейчас как раз разрабатываются. «Врать» они будут лишь на одну секунду за десятки миллиардов лет.
Текст: Ольга Оствальд