Время и современная физика - Зайцева Г.А.
Скачать (прямая ссылка):
Атомное время
Время эфемерид удовлетворяет астрономов, так как их основная задача — указать моменты наблюдений в масштабе времени, протекающего как можно более равномерно и обеспечивающего постоянство определения времени' в астрономических масштабах. У физиков иные потребности. Они интересуются не хр.онологией, а хронометрией: измеряемые ими промежутки времени слишком коротки, а начальные и конечные моменты этих промежутков должны сопоставляться друг с другом исключительно точно, тогда как для универсального времени нет необходимости определять начальные моменты с такой же точностью.
Учитывая это, лаборатории основных хронометрических измерений и обсерватории, занимающиеся измерением времени, в последние годы объединили свои усилия, с тем чтобы связать с секундой времени эфемерид период
63
излучения, соответствующий переходу между определенными уровнями энергии атома цезия с атомным весом 133. Можно считать, что эти усилия увенчались успехом и скоро мы получим новое определение секунды, которое уже не будет связано с какими-либо астрономическими данными: секунда будет определена как промежуток времени, соответствующий 9 192 631770 периодам указанного выше излучения.
Так как ошибка при установлении соответствия между этим промежутком времени и секундой эфемерид равна лишь нескольким периодам, новая секунда будет очень близка к секунде эфемерид, но все же не будет в точности равна ей. Появится очень небольшое расхождение хода у атомных и солнечных часов, которое смогут заметить астрономы, поскольку хронология в противоположность хронометрии всегда будет одним из разделов их науки.
БЕРНАР КЛНЬЯК АТОМНЫЕ ИЛИ МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ЧАСЫ
В предыдущей статье Жан Делейе показал, как трудно, выходя за рамки простого эмпирического понятия протекающего времени, определить и измерить это неземное и недоступное непосредственному восприятию время. Чтобы вычислить теоретический параметр, который называется временем, нужно воспользоваться законами движения тел (законами механики).
На практике обычно наблюдаются движения небесных тел, так как благодаря большим массам и огромным расстояниям законы их движения становятся относительно простыми и точными. Мы делаем оговорку «относительно», так как в подробной статье Делейе показано, сколь сложными оказываются проблемы, возникающие при попытках достигнуть определенной точности.
Если с глубокой древности время определяли по движению небесных тел—об этом свидетельствуют солнечные часы, найденные при раскопках самых древних цивилизаций,— то позднее появилась потребность иметь более доступные часы и измерять короткие промежутки времени. Так, к 1500 г. до н. э. в египетских дворцах появляются первые водяные часы. Вплоть до конца XIII века
64
гидравлические часы (греческие клепсидры, средневековые песочные часы и т. д.) были единственным, с теми или иными модификациями повсеместно используемым механизмом для измерения времени.
В начале XIV века появляются часы с колесами, которые используют инерцию балансира и систему спуска для регулирования вытекания воды или опускания груза. В начале XVI века, повторяя в миниатюре тот же прием, слесарь из Нюренберга изготовил первые переносные пружинные часы — прообраз современных ручных часов.
Но первый большой успех в искусстве создания часов был достигнут в конце XVI века в результате наблюдений Галилея за движением маятника. Галилей установил, что периодическое движение маятника, свободно колеблющегося под действием силы тяжести, в высокой степени равномерно. Он решил, что измерять время можно не только по движениям небесных тел, имеющим очень большие периоды, но и путем наблюдений за движениями маятников, имеющими короткие периоды.
Поскольку движение маятника, предоставленного самому себе, всегда более или менее быстро затухает, нужно непрерывно восполнять энергию, которую маятник постепенно теряет вследствие трения. Применение системы анкерного спуска позволило передавать маятнику энергию пружины или груза, не изменяя его собственный период. Так были созданы часы с маятником, или маятниковые часы; в дальнейшем они постепенно совершенствовались и точность их все более возрастала. Международное бюро времени до сих пор использует для проверки времени маятниковые часы, установленные в подвалах Парижской обсерватории, где они надежно укрыты от внешних возмущений.
Кварцевые часы
После того как для измерения времени удалось вместо движения небедных тел воспользоваться периодическим движением маятника, естественно было предположить, что среди явлений природы существуют другие быстрые периодические очень равномерные процессы, которые можно бы было использовать для этой цели. Действительно, для измерения времени уже в течение нескольких де-
3-545
65
Нормальный кристалл Сжатый кристалл Р и с. 3. Пьезоэлектрические свойства кварца. А в
Рис. 4. Электрический резонанс, А — амплитуда колебаний кварца или электрического напряжения, / — частота электрического тока.
Рис. б. Кварцевые и маятниковые часы.
сятков лет широко используются пьезоэлектрические колебания кристаллов кварца.
