Какие часы самые точные в мире

Роль эталона в жизни человека

На самом деле, термин эталон играет огромное значение в жизни человека. Просто это настолько привычно, что человек обычно этого не замечает.

Например, 1 килограмм. Если бы такой единицы не существовало, то как вы бы сравнивали вес? Или, скажем, если бы килограмм означал не 1000 грамм, а 345 грамм, то любые расчеты автоматически усложнились бы. Скажем, вам нужно 10 кг специй, но в магазине только пачки по 50 грамм. При измерении 1000 грамм в 1 кг это сделать просто. Нужно 10 * 1 000 / 50 = 200 пачек. А вот при измерении в 345 грамм ситуация несколько сложнее. 10 * 345  / 50 = 69 пачек. Согласитесь, что первое посчитать легче.

Примечание: Тут, конечно, еще подразумевается метрическая система, но смысл важности того, что принимается в качестве эталона, передается. Ну или, например, представим, что в каждой деревеньке свой эталон веса

В такой ситуации торговля между деревеньками была бы затруднена, так как необходимо было бы при каждой продаже пересчитывать значения

Ну или, например, представим, что в каждой деревеньке свой эталон веса. В такой ситуации торговля между деревеньками была бы затруднена, так как необходимо было бы при каждой продаже пересчитывать значения.

Если же говорить про обыденную жизнь, то нередко можно встретить такие понятия, как «эталон дружбы», «эталон отношений» и т.п. Это некоторые сформированные представления, к которым по задумке должны стремиться люди. Соответственно, от того, как построены эти эталоны, может зависеть жизнь вокруг человека.

Абстрактный пример, эталон красоты в разных культурах и в разные периоды времени. Скажем, худощавая (полная, высокая, низкая и т.п.) женщина это красиво или нет? На самом деле, это зависит от того, что считается красивым в данной культуре и в данном периоде времени (естественно, существуют еще предпочтения каждого человека, но в общем смысле). А как это влияет? Очень просто. Если что-то считается эталоном красоты, то часть людей начинает к этому стремиться. Соответственно, вокруг вас может быть больше таких людей, они чаще будут появляться в медиа сфере (рекламе…) и так далее.

Поэтому еще раз повторюсь, термин эталон играет огромное значение в жизни человека.

Так же вам могут быть интересны обзоры Про бизнес: как должно быть и как происходит в реальности и Про честность в бизнесе: один интересный эффект.

И, как обычно, всегда помните про здравую логику и то, что у вас своя голова.

Компактные атомные часы

Hewlett-Packard стала первой компанией, которая занялась разработкой компактных атомных часов. В 1964 году ею был создан цезиевый прибор HP 5060A размером с большой чемодан. Компания и дальше развивала это направление, но с 2005 года продала свое подразделение, разрабатывающее атомные часы, компании Symmetricom.

Цезиевые часы HP 5060A

Фото: www.leapsecond.com

В 2011 году специалисты Лаборатории Дрейпера и Сандийских национальных лабораторий разработали, а компания Symmetricom выпустила первые миниатюрные атомные часы Quantum. На момент выпуска они стоили порядка 15 тысяч долларов, были заключены в герметичный корпус размером 40 на 35 на 11 миллиметров и весили 35 граммов. Потребляемая мощность часов составляла менее 120 милливатт. Первоначально они были разработаны по заказу Пентагона и предназначались для обслуживания навигационных систем, функционирующих независимо от систем GPS, например, глубоко под водой или землей.

Уже в конце 2013 года американская компания Bathys Hawaii представила первые «наручные» атомные часы. В качестве основного компонента в них используется чип SA.45s производства компании Symmetricom. Внутри чипа располагается капсула с цезием-133. В конструкцию часов также входят фотоэлементы и маломощный лазер. Последний обеспечивает нагревание газообразного цезия, в результате чего его атомы начинают переходить с одного энергетического уровня на другой. Измерение времени как раз и производится за счет фиксирования такого перехода. Стоимость нового прибора составляет около 12 тысяч долларов.

Наручные атомные часы

Фото: Bathys Hawaii Watch Co.

Тенденции к миниатюризации, автономности и точности приведут к тому, что уже в недалеком будущем появятся новые устройства с использованием атомных часов во всех сферах человеческой жизни, начиная с космических исследований на орбитальных спутниках и станциях до бытового применениях в комнатных и наручных системах.

Определение эталона времени

Эталон времени — это определенная система и механизм, используемые для измерения и представления времени, в частности для синхронизации часов и других устройств. Эталон времени представляет собой точку отсчета, относительно которой измеряется время и которая обеспечивает постоянство и стабильность измерений.

В нашем мире множество мероприятий и операций требуют точности временных измерений. Чтобы управлять и синхронизировать эти операции, необходим эталон времени. Типичным примером эталона времени являются атомные часы, которые базируются на химическом процессе в атомах. Атомные часы считаются наиболее точным измерительным устройством времени и используются в научных и технических областях.

Эталон времени играет важную роль не только в науке и технологиях, но и в повседневной жизни. Он позволяет синхронизировать время на часах, компьютерах, сетевых устройствах и других оборудованиях, обеспечивая точность и единообразие измерений.

Преимущества эталона времени	Примеры эталонов времени
Обеспечение точности измерений Обеспечение синхронизации систем Обеспечение единообразия временных данных Предоставление стабильного отсчета времени	Атомные часы Международного бюро часов и мер и масс (BIPM) Глобальная система позиционирования (GPS) Время интернет-серверов

Все эти примеры эталонов времени способствуют точности и надежности измерений, обеспечивая единообразие и согласованность в мире, где время играет важную роль во многих аспектах нашей жизни.

Понятие эталона времени

Эталон времени представляет собой точный и надежный механизм, который используется для измерения времени с высокой точностью. Он находится в специальных лабораториях и строго контролируется специалистами.

Основным эталоном времени являются атомные часы, которые базируются на колебаниях атомов и молекул. Эти часы обладают очень высокой точностью и используются во многих областях науки, техники и мероприятий.

Использование эталонов времени позволяет точно синхронизировать время на всех устройствах и обеспечить единый стандарт измерения времени. Они служат основой для создания точных часов и других средств измерения времени.

Эталоны времени используются в различных областях, таких как навигация, телекоммуникации, астрономия, физика, метрология и технологии. Они не только обеспечивают точность измерений, но и позволяют сравнивать результаты разных экспериментов и исследований.

Следует отметить, что есть несколько основных эталонов времени, включая международную систему единиц времени (SI) и координированное всемирное время (UTC). Они определяются и утверждаются международными организациями и влияют на все глобальные мероприятия, связанные с измерением времени.

Системы эталонного времени

Система эталонного времени представляет собой особую систему, которая используется для измерения и поддержания точности времени в мире. Она помогает понять, насколько точно отображаются часы и другие устройства, указывающие время.

Эталонное время определяется с использованием специальных устройств, называемых эталонами времени. Они представляют собой высокоточные часы, которые находятся в специальных лабораториях или базах данных.

Основной метод, используемый для измерения времени эталонами, основан на колебаниях атомных часов. Атомные часы используют переходы между энергетическими уровнями атомов для генерации точных колебаний.

Системы эталонного времени обеспечивают высокую точность измерения времени. Они используются в различных областях, таких как научные исследования, глобальная навигация, телекоммуникации, финансовая индустрия и многие другие.

Существует несколько систем эталонного времени в мире, каждая из которых имеет свои особенности и основана на различных технологиях. Некоторые из самых известных систем эталонного времени включают Международную систему единиц (SI), Всемирное координированное время (UTC) и Атомное время (TAI).

Все эти системы имеют свои собственные методы измерения времени и масштабы точности. Они регулярно проверяются и калибруются, чтобы обеспечить максимально возможную точность времени.

Системы эталонного времени играют важную роль в современном обществе, обеспечивая точность времени и упорядоченность во многих областях деятельности. Они помогают синхронизировать различные процессы и устройства, а также обеспечивают надежность и точность во времямерах и часах, которые мы используем каждый день.

Цели и задачи NTP

а) Синхронизация

Во-первых, в компьютерных системах
часто требуется иметь точно синхронизированное время (при этом не важно,
какая именно величина времени будет использоваться). Примером может быть
распределённая система, где есть несколько компьютеров, принимающих запросы и передающих
их на центральный сервер для обработки

Чтобы запросы выполнялись точно в том
порядке, в котором они были приняты, принимающие компьютеры добавляют в них
отметку о времени приёма. Если часы у разных компьютеров в такой системе
выставлены по-разному, то может возникнуть ситуация, когда позднее пришедшему
запросу будет выставлена меньшая отметка о времени, чем пришедшему ранее, и
сервер обработает их в неправильном порядке.

Привязываясь к определению
времени, данному ранее, в этом примере требуется сохранять информацию о том, какое
из событий – причина и какое – следствие.

Первым из применений NTP на практике действительно была
синхронизация часов в центре управления полётами, где было критично, чтобы все
диспетчеры имели совершенно одинаковые показания времени.

б) Точное время

Во-вторых, в компьютерных
системах часто требуется точно знать текущее время. Примером может быть
обсерватория, которая должна наблюдать какие-то события точно в тот момент,
когда Земля будет проходить конкретную точку своей орбиты. Здесь задействовано не
определение времени, а именно его привязка к астрономическим событиям (движению
Земли по орбите и вокруг своей оси).

в) Централизованность

В-третьих, есть потребность и в централизованных
службах точного времени, т.е. недостаточно было бы просто поставить на каждый
компьютер цезиевые часы, даже если бы это было возможно. Централизованная
служба может быть достоверной, тогда как системные часы отдельных
компьютеров могут показывать неверное время из-за поломки, преднамеренного
повреждения и т.п.

Одним из применений такой
централизованной службы могло бы стать «патентное бюро будущего», куда любой
может послать проект, бюро автоматически выставит на проекте точное время его
принятия и свою цифровую подпись, и отошлёт назад автору. В таких условиях
любой конфликт относительно приоритета в каком-нибудь изобретении будет
разрешаться простым предъявлением подписанных в бюро проектов.

Кроме того, для поддержания всех
часов внутри такого бюро достоверными, оно само должно пользоваться
системой синхронизации времени, описанной в первом примере.

г) Цели NTP

В соответствии с тремя
приведёнными примерами, области применения NTP можно разделить на три категории: -синхронизация системных
часов внутри организации; -синхронизация системных часов с эталонными;
-получение точного времени из достоверной службы.

д) Первые протоколы точного
времени

Первые протоколы для передачи
показаний времени по сети появились в 1983 г. (RFC867 и
RFC868). Эти протоколы – DAYTIME и TIME – предназначались для
сообщения времени человеку и компьютеру соответственно. Протокол DAYTIME крайне прост: на
подключившийся к DAYTIME-серверу компьютер приходит
строка наподобие  «19 декабря 2004 г., 16:27:47». Формат не регламентируется
строго и не предназначен для машинной обработки; предполагается лишь, что
человеку, прочитавшему полученную строку, станет ясно текущее время. Оно может
включать день недели, миллисекунды, фазу луны или любую другую информацию,
которую сервер считает относящейся к делу. Для DAYTIME зарезервирован 13-й TCP-порт. Один
из действующих DAYTIME-серверов – atomictime.net – передаёт строку в виде «Fri Dec 24
10:17:58 2004»

Протокол TIME,
напротив, предназначен для обмена времени между машинами. На подключившийся к TIME-серверу компьютер приходит UDP-пакет,
содержащий единственное 32-битное беззнаковое число, соответствующе числу
прошедших с 1 января 1900 г. секунд по UTC. Поскольку
такое число переполняется через 136 лет, этот протокол способен функционировать
только до 2036 г. Для TIME зарезервирован
37-й UDP-порт.

Возможные причины и способы устранения

Необходимо отметить, что точность часов может зависеть от разных факторов и проблемы могут быть как в механических, так и в электронных устройствах. Рассмотрим некоторые из возможных причин неточности и способы их устранения:

1. Механические проблемы

Перегруженные или заторможенные часы: Возможно, внутренние механизмы часов находятся в плохом состоянии или загрязнены, что может вызывать заторможенность или неравномерное движение стрелок. В таком случае рекомендуется обратиться к мастеру для проведения технического обслуживания и чистки механизмов.

Проблемы с источником питания: Если часы работают от батареи или сети, возможно, проблема заключается в нестабильности питания. Проверьте состояние батареи или подключения к электросети и, при необходимости, замените батарею или обратитесь к электрику для проверки подключения.

Неправильная настройка: Если часы имеют настройки, поворотные кольца или другие функции, неправильная настройка может привести к неточному показанию времени. Убедитесь, что настройка проведена правильно и при необходимости обратитесь к инструкции по эксплуатации.

2. Электронные проблемы

Сбой в программном обеспечении: У электронных часов могут возникнуть проблемы с программным обеспечением, которые могут вызвать задержки или неточности в показании времени. Попробуйте перезагрузить часы или выполнить сброс до заводских настроек, если это предусмотрено производителем.

Плохое соединение или обрыв проводов: Если часы имеют соединение с компьютером или другими устройствами, проблема с проводами или соединением может привести к ошибочной передаче данных. Убедитесь, что провода в хорошем состоянии и правильно подключены, при необходимости замените их.

3. Внешние факторы

Температурные изменения: Часы могут быть чувствительны к температурным изменениям, особенно механические. Возможно, они работают точнее в определенном диапазоне температур. Постарайтесь установить часы в месте, где температура стабильна.

Магнитные поля: Сильные магнитные поля могут влиять на работу часов, особенно на электронные. Избегайте размещения часов рядом с мощными магнитами или электронными устройствами.

Вибрации: Вибрации могут вызывать проблемы с механическими часами и приводить к неточности. Разместите часы на стабильной поверхности и избегайте механических воздействий на них.

Устранение проблем с точностью часов может потребовать профессионального вмешательства, поэтому, если указанные способы не помогли, рекомендуется обратиться к специалисту для получения квалифицированной помощи.

Первый атом

Для того чтобы создать часы, достаточно использовать любой периодический процесс. И история появления приборов измерения времени ─ это отчасти история появления либо новых источников энергии, либо новых колебательных систем, используемых в часах. Самыми простыми часами являются, вероятно, солнечные: для их работы необходимо только Солнце и предмет, который отбрасывает тень. Недостатки этого способа определения времени очевидны. Водяные и песочные часы тоже не лучше: они пригодны лишь для измерения сравнительно коротких промежутков времени.

Самые древние механические часы были найдены в 1901 году рядом с островом Антикитера на затонувшем корабле в Эгейском море. Они содержат около 30 бронзовых шестерен в деревянном корпусе размером 33 на 18 на 10 сантиметров и датируются примерно сотым годом до нашей эры.

Фрагмент антикитерского механизма

Фото: Marsyas / Wikipedia.org

В течение почти двух тысяч лет механические часы были самыми точными и надежными. Появление в 1657 году классического труда Христиана Гюйгенса «Маятниковые часы» («Horologium oscillatorium, sive de motu pendulorum an horologia aptato demonstrationes geometrica») с описанием устройства отсчета времени с маятником в качестве колебательной системы, стало, вероятно, апогеем в истории развития механических приборов такого типа.

Однако астрономы и мореплаватели все равно использовали звездное небо и карты для определения своего местоположения и точного времени. Первые же электрические часы изобрел в 1814 году Фрэнсис Роналдс. Однако первый такой прибор был неточным из-за чувствительности к изменениям температуры.

Дальнейшая история часов связана с использованием в устройствах разных колебательных систем. Представленные в 1927 году сотрудниками Лабораторий Белла кварцевые часы использовали пьезоэлектрические свойства кристалла кварца: при воздействии на него электрического тока кристалл начинает сжиматься. Современные кварцевые хронометры могут обеспечить точность до 0,3 секунды в месяц. Однако, поскольку кварц подвержен старению, с течением времени часы начинают идти с меньшей точностью.

С развитием атомной физики ученые предложили использовать в качестве колебательных систем именно частицы вещества. Так появились первые атомные часы. Идею о возможности использования атомных колебаний водорода для измерения времени предложил еще в 1879 году английский физик лорд Кельвин, однако только к середине XX века это стало возможным.

Лорд Кельвин, предложивший идею атомных часов

Репродукция картины Губерта фон Геркомера (1907)

В 1930-х годах американский физик и первооткрыватель ядерного магнитного резонанса Исидор Раби начал работать над атомными часами с цезием-133, однако начало войны помешало ему. Уже после войны в 1949 году в Национальном комитете стандартов США с участием Гарольда Лайонсона были созданы первые молекулярные часы, использующие молекулы аммиака. Но первые такие приборы измерения времени не были точными, как современные атомные часы.

Относительно малая точность была связана с тем, что из-за взаимодействия молекул аммиака между собой и со стенками емкости, в которой находилось это вещество, изменялась энергия молекул, и их спектральные линии уширялись. Этот эффект очень похож на трение в механических часах.

Позднее, в 1955 году, Луи Эсссен из Национальной физической лаборатории Великобритании представил первые атомные часы на цезии-133. Эти часы накапливали ошибку в одну секунду за миллион лет. Прибор получил название NBS-1 и стал считаться цезиевым эталоном частоты.

Изобретатель Гарольд Лайонс (справа) с первыми молекулярными часами (1949 год)

Фото: www.nist.gov

Принципиальная схема атомных часов состоит из кварцевого генератора, контролируемого дискриминатором по схеме обратной связи. В генераторе используются пьезоэлектрические свойства кварца, тогда как в дискриминаторе происходят энергетические колебания атомов, так что колебания кварца отслеживаются сигналами от переходов с разных энергетических уровней в атомах или молекулах. Между генератором и дискриминатором находится компенсатор, настроенный на частоту атомных колебаний и сравнивающий ее с частотой колебаний кристалла.

Атомы, используемые в часах, должны обеспечивать стабильные колебания. Для каждой частоты электромагнитного излучения существуют свои атомы: кальция, стронция, рубидия, цезия, водорода. Или даже молекулы аммиака и йода.

Новый стандарт

В XXI веке в интернете появилось свое электронное, Гринвичское, время. С 1 января 2001 года английским правительством было официально объявлено о новом стандарте времени Greenwich e-time (GET), который будет использоваться для обеспечения глобальных электронных платежей (транзакций) через интернет.

Швейцарская фирма Swatch, создав самые тонкие наручные часы толщиной менее 1 мм, не остановилась на достигнутом и ввела собственное интернет-время, разделив сутки на 1 000 частей и ведя его отсчет из штаб-квартиры компании. Стать мировым стандартом этому времени не суждено, хотя идея эта реализована, в том числе и в виде наручных часов.

Новое слово в создании наручных часов пытается сказать и глава компании Microsoft Билл Гейтс. Он также внедряет (в 2003-м. — Прим. Vokrugsveta.ru) новую технологию передачи персональной информации на наручные часы. Его идея получила название SPOT (Smart Personal Objects Technology). SPOT-часы, принимая радиосигналы точного Времени в FM-диапазоне, способны автоматически корректировать время в соответствии с местом пребывания. По тому же каналу связи в них попадают коммерческие, спортивные, метео- и другие новости.

Наделить наручные часы дополнительными функциями пытались и ранее. Существуют часы-телевизор, часы-радиоприемник, часы-телефон, часы-приемник GPS, часы-компьютер, часы-метеостанция, часы-компас, часы-глубиномер и часы-альтиметр. Особую страсть к таким устройствам питают японцы, и надо отметить, что наиболее активная часть землян весьма привержена противоударной наручной электронике.

Современные эталоны времени

Современный эталон единицы времени и частоты — сложный комплекс, в состав которого входят: цезиевые реперы частоты (генератора, дающего определенную частоту, воспроизводит размер секунды), водородные реперы частоты, водородные хранители частоты и шкал времени, цезиевый хранитель шкал времени, система формирования рабочей шкалы времени, радиооптический частотный мост, аппаратура измерения интервалов времени, аппаратура изменения частот, управляющая ЭВМ, приемно-регистрирующий комплекс системы внешних сличений, аппаратура сличения шкал времени через метеорные следы, аппаратура сличения шкал времени через навигационные станции, перевозимые квантовые часы, перевозимый лазер и система обеспечения эталона.

Благодаря водородному хранителю, эталонные часы стали настолько точными, что имеют погрешность всего одну секунду за 700 лет работы без остановки.

Сферы использования средств измерения времени и частоты:

• Навигация
• Оборона и безопасность
• Промышленность
• Космонавтика
• Транспорт
• Связь и коммуникации
• Приборостроение
• Энергетика
• Наука

Эталон единицы времени

Это определение единицы времени было связано с вращением Земли вокруг своей оси. Позже было обнаружено, что вращение этой земли было неравномерным. Тогда основой для определения единицы времени стал период вращения Земли вокруг Солнца — тропический год. Второй размер был определен как 1 31556925.9747 часть тропического года. но Однако, поскольку тропический год также изменяется только на 5 секунд на 1000 лет, тропический год был принят в качестве отправной точки во времени: 12 часов эфемеридного времени * 0 января 1900 года.

Это эквивалентно 12 часам 31 декабря 1899 года. Это второе определение было записано в международной системе единиц 1960 года как наиболее точное в то время. Прошло всего несколько лет, и в 1967 году Генеральная конференция по весу и измерениям XIII приняла второе определение нового размера, основанное на физических явлениях. Излучение Sec-9, соответствующее переходу между двумя ультратонкими уровнями в основном состоянии атомов 192631 Рис. 4 Блок-схема кварцевых часов, стабилизированных атомно-лучевой трубкой Цезий -133.

Вибрации, полученные при возбуждении цезия-133, оказались наиболее надежным хранителем в единицу времени. В решении XI Генеральной Ассамблеи о весе и измерении XI одна из основных единиц физических величин в международной системе определена в тропическом году, но новое определение секунд остается неизменным и не нарушает международную систему единиц. Устройство осталось прежним, но мы нашли способ воспроизвести его более точно и надежно. Это не отменяет и не меняет какой-либо другой, менее точный способ воспроизведения, когда не требуется чрезвычайно высокая точность.

Влияние более надежного и точного метода воспроизведения единиц интенсивности на приборы с постоянно снижающейся точностью заключается в способности лучше исследовать и изучать стабильность этих приборов. Согласно определению единицы времени, регенерация выполняется атомными лучами. Блок-схема показана на рисунке 1. 4. Электромагнитная вибрация кристалла кварца умножается на частоту спектральной линии цезия, которая становится рабочей линией.

Равномерное текущее время, определяемое временем Асгроно Резонаторы атомно-лучевой трубки * поглощают энергию высокочастотных колебаний в атомы цезия **. При отклонении частоты кристалла от номинального значения интенсивность атомных переходов уменьшается, что приводит к резкому уменьшению плотности атомного пучка на выходе из трубки. Самонастраивающийся блок, связанный с трубкой, генерирует сигнал ошибки, который возвращает частоту кварцевого генератора к ее номинальному значению.

Стабильность частоты атомно-лучевых цезиевых часов составляет 10-11. Генератор атомной частоты, основанный на использовании атомарного водорода, может повысить точность измерения частоты на порядок. И время. Государственный стандарт советского времени (и частоты) состоит из группы приборов для сравнения атомных часов, кварцевых часов и эталонных часов. Воспроизводимость стандартной частоты составляет ± (1-5) -10-2. Поэтому результаты измерения времени при наиболее благоприятных условиях теперь можно выразить в виде 12-значных чисел.

В Советском Союзе, как и во многих других странах, переход на Всемирную координированную систему времени состоялся 1 января 1972 года. Эта система основана на том факте, что опорная частота несущей и второй интервал поддерживаются постоянными и соответствуют новому определению секунды в системе SI.

Эталон единицы длины	Эталон единицы силы электрического тока
Эталон единицы массы	Эталон единицы температуры