Prvi svjetski atomski ručni sat zadržat će vrijeme na vašem putovanju na Mars

John Patterson je skromni urar u Kauaiju na Havajima koji posljednjih pet godina mirno stvara prvi atomski sat na svjetskoj razini potrošača. Neka prođe tisuća godina i ovaj sat će izgubiti samo točnost. Odnesite ga duboko pod vodu, unutar pakla: Vrijeme i dalje otkucava. Ili, ako se osjećate avanturistički, odnesite ga u svemir. Odnesite ga na Mars.

Zadržat će vrijeme.

Patterson ima Ph.D. u neuroznanosti, ali on je natjerao svoju moždanu moć u urarstvo. On vodi svoju tvrtku, Bathys Hawaii, iz svoje kuće na Garden Isleu. "Filozofija je uvijek bila da to nije bio samo bogat čovjek koji je zaslužio lijepo gledati", kaže on Inverzan, Bathys dolazi od grčke riječi " bathus, "Što znači" duboko "- doslovno i figurativno. Dok će njegovi satovi ostati istiniti na velikim dubinama, njegov atomski sat ostat će istinit i na velikim visinama. Marsove visine.

Financijska potpora od 200 milijuna dolara za razvoj naprednih istraživačkih projekata dovela je do stvaranja malog atomskog čipa unutar Cezija 133 u Bathysu, objašnjava Patterson. Ali kad je otkrio da su čipovi dostupni za kupnju, zgrabio je "stari OMEGA sat" koji je spremio u ladicu, prodao ga na eBayu, kupio atomski čip i - uz pomoć jednog ili dva havajca - Moram na posao.

Znao je da mora koristiti atomske čipove za njihov najiskreniji poziv: satove. Uostalom, međunarodna sekunda definirana je cezijem: frekvencija zračenja iznosi 9.192.631.770 Hz, što su znanstvenici pedesetih godina prošlog stoljeća povezali s vremenom efemerida. Dok drugi satovi postaju žrtve relativističkih učinaka pri velikim brzinama, cezijski satovi to ne čine. Učestalost ostaje ista i vrijeme ostaje točno. Tako je Patterson, čip u ruci, počeo raditi. Uskoro je imao nevjerojatno precizan ručni sat; Uzeo je prototip u Kickstarter 2014. godine. Za samo nekoliko dana gotovo je udvostručio svoj cilj prikupljanja sredstava.

Inverzan razgovarao je s Pattersonom o tehnologiji koja stoji iza satelita iz Cezija 133, o svemirskim putovanjima io tome kako ćemo uskoro imati sve svoje atomske satove. (Savjet: Uskoro. Ali ne moraju biti satovi.)

Kako radi cezij 133?

To je prilično složeno. Ne samo da smo morali dizajnirati sat koristeći ovaj čip, punjivu bateriju i tako dalje, ali smo također morali osmisliti i vanjsku baznu stanicu koja radi na punjenje sata. Ali, uglavnom, radi podešavanje sata što je točnije moguće. Ovi satovi mogu biti postavljeni na manje od 100 nanosekundi - to je sto milijarditi dio sekunde - na točno, međunarodno standardno vrijeme za globus. Kada su postavljene, točne su do jedne sekunde u tisuću godina. Sat koji je na vašem telefonu ili računalu - većina je točan samo do 200 milisekundi. To je pogreška koju ovaj sat razvija 200 godina.

GPS je gotov! Time se povlači precizan puls vremena kako bi se cezij 133 postavio unutar 20 milijarditi dio sekunde.

Fotografija koju je postavio Bathys Hawaii (@bathys_hawaii) dana

Morali smo kopirati isto što i vojska kad želi postaviti jedan od svojih atomskih satova. Čak su i GPS prijemnici isključeni za nekoliko stotina milisekundi: računalo troši sve svoje vrijeme na obradu podataka o lokaciji, a ne na vrijeme. Tako smo morali napraviti vlastitu GPS jedinicu koja se u osnovi fokusira na prolazak kroz vremenske podatke bez ikakvog odgađanja. Samo ga isisava iz svemira i šalje ga ravno na sat bez ikakve odgode.

Koliko ja razumijem, cezijski satovi privlače ne samo zbog svoje točnosti, već i zbog toga što zadržavaju točnost u mnogim uvjetima.

Yup. Temperatura je velika stvar u mjerenju vremena. Dakle, možete ići do oko 150 stupnjeva Celzija ili do oko minus 20 stupnjeva Celzija, i to ostaje točno.

Kada točno podesite taj sat, ako ga povežete s mjeračem ubrzanja, kompasom i unutarnjim inercijalnim jedinicama u telefonu - koje u osnovi bilježe nagib, ubrzanje i sve to - može djelovati kao vlastiti GPS, bez biti u kontaktu s GPS-om. Može točno pratiti vašu lokaciju do 10 centimetara za dane, mjesecima.

Postoji toliko mnogo mogućih tehnologija koje mogu iz toga izrasti. Ako ste vatrogasac u New Yorku i morate žuriti u gorući neboder, izgubit ćete svoj GPS, tako da nećete moći priopćiti svoju poziciju drugim vatrogascima. Ali ako su svi sinkronizirali ovaj sat, to bi moglo govoriti samo o redovnim radio frekvencijama i moglo bi im reći gdje se nalaze. Nije bitno jesu li u špilji, u zgradi koja gori ili pod vodom: gdje god ne možete dobiti GPS, možete dobiti svoju lokaciju.

Ili prostor.

Ili prostor. Ili u tunelu sa svojim vozilom koje se vozi.

Može li ovaj sat biti nešto što bi ljudi koji su htjeli ići na Mars mogli iskoristiti da zadrže vrijeme?

Prvo, mala strana napomena: Zapravo sam bio u užem izboru da se nalazim na jednom od Marsovih staništa. Onaj ovdje na Havajima. Prošao sam do konačnog izbora. Izabrali su šest, a ja sam bio u posljednjih 30 godina. Mislim da sam bio prestar, i drago mi je što nisam uspio. Upravo su izašli neki dan, a sada mi se sviđa, "Tako mi je drago da to nisam ja." Tip ljubi svoju ženu prvi put nakon godinu dana - ja sam kao, "Pakao ne."

Uobičajeni sat bi u određenoj mjeri radio u svemiru. Kvarcni sat zadržat će vrijeme u svemiru - nije da uopće neće raditi. No postoje relativistički učinci brzog kretanja.

Ako vaš GPS ne uzima u obzir vrijeme putovanja do satelita, umjesto da vas pronađe na udaljenosti od šest ili sedam stopa, kao što telefon trenutno radi, on prelazi na 35 kilometara. Toliko je važno da se uzme u obzir relativistički učinak. Brzina svjetlosti i brzina satelita je tako brza da malo mijenja vrijeme.

Lako je objasniti kako radi cezij. U osnovi, način razmišljanja o tome je da je cezij gotovo kao ogledalo. Ako učinite da vibrira na točnoj frekvenciji tih devet milijardi ciklusa u sekundi, ona djeluje kao ogledalo. Kakvu god energiju pucali na vas, puca na vas. Na bilo kojoj drugoj frekvenciji, to je kao crni komad baršuna: On upija energiju. Upravo kad dođe do točne frekvencije i bombardirate je mikrovalnom, odjednom sve vaše mikrovalne pećnice počnu poskakivati. A to znači da ste ga prikovali.

To je fizička karakteristika cezija. To nema ništa s radioaktivnim ništa. Cezij je poput žive, gotovo - to je tekućina. Kada ga zagriješ, pretvara se u plin. Unutar male ćelije nalazi se mali grijač koji zagrijava plin, bombardira ga radiovalovima i traži taj odraz. Stvarni međunarodni standard za jednu sekundu je taj broj vibracija.

To se nikada ne mijenja: idete u svemir, to je isto. Približavate se brzini svjetlosti - ne mijenja se. Ako uzmete kvarcni sat ili mehanički sat i počnete ga primati na iznimno brze brzine, to će uzrokovati promjene i više neće biti točne.

Hoće li se ovi čipovi uskoro naći u drugim tehnologijama?

Mislim da ćete ovu tehnologiju vidjeti u svojim pametnim telefonima i automobilima koji se sami voze za oko pet godina. Vjerojatno će biti više kao GPS koji se pojavljuje na vašem telefonu. Odjednom ćete vidjeti da je ova tehnologija minijaturna do točke u kojoj se može smjestiti u telefon. Upravo sada, čip je veličine kutije šibica iz otmjenog restorana. Prilično je velika i ne može biti mnogo manja zbog materijala za pakiranje fizike koji moraju stati tamo. Ali ako bi je mogli minijaturirati još jednu razinu, onda bi se pojavila svugdje. Tehnologija nije skupa - definitivno se može napraviti. Rekao bih pet ili šest godina, ali ne očekujem da će Švicarac biti onaj. Očekujem više, kao što je Samsung, ili Apple, ili Google biti jedan.

Ovaj intervju je uređen radi sažetosti i jasnoće.