Thời gian, giờ, phút, giây ... ai chẳng thèm nhìn đồng hồ cả nghìn lần trong ngày để xem anh ta đến muộn hay sớm cuộc hẹn, để xem bạn còn bao nhiêu để tan sở hay đơn giản là Xem thời gian của bạn trôi qua nhanh như thế nào khi bạn có thời gian vui vẻ tại quán bar với bạn bè hoặc gia đình. Có những người đặt trước đồng hồ để thận trọng và những người khác đi muộn ở mọi nơi vì họ không nhìn đồng hồ đúng giờ. Nhưng chắc chắn bạn đã tự đặt ra cho mình câu hỏi, liệu sẽ có một chiếc đồng hồ đồng bộ hoàn hảo đánh dấu thời gian chính xác cho mọi người?
Vâng, nó tồn tại, và nó được gọi là đồng hồ nguyên tử. Nó là một chiếc đồng hồ hoạt động bằng cách vận hành một bộ đếm sử dụng cộng hưởng hoặc rung động nguyên tử. Đây là chiếc đồng hồ nhân tạo chính xác nhất cho đến nay. Bạn có muốn biết nó hoạt động như thế nào và nó được làm bằng gì không? Hãy tiếp tục đọc và biết tất cả bí mật của nó.
Cách hoạt động của đồng hồ nguyên tử
Như chúng tôi đã đề cập trước đây, biết thời gian bất cứ lúc nào có thể cần thiết để lập kế hoạch hàng ngày và bình tĩnh. Vì vậy, bạn phải có một chiếc đồng hồ được thiết lập tốt để biết rõ thời gian trong ngày của bạn. Đồng hồ đến sớm hay muộn đều không có ích gì đối với chúng ta. Với đồng hồ nguyên tử, điều này không xảy ra với chúng ta vì nó con người chính xác nhất đã từng tạo ra.
Nếu chúng ta so sánh nó với đồng hồ cơ học truyền thống, hoạt động dựa trên một con lắc, thì chiếc đồng hồ này khác hẳn. Đầu tiên hoạt động với một dao động làm chuyển động một loạt các bánh răng kết hợp với nhau để thiết lập một nhịp điệu không đổi cho biết thời gian trôi qua của giây, phút và giờ. Tuy nhiên, đồng hồ nguyên tử hoạt động theo tần số của các biến thể năng lượng của các nguyên tử trong vùng của phổ điện từ vi sóng.
Đồng hồ sử dụng vật liệu có tên là Maser. Nó là một bộ khuếch đại vi sóng để phát bức xạ kích thích. Mặc dù nghe có vẻ phức tạp, nhưng nó không hơn gì một hệ thống có khả năng khuếch đại các tín hiệu yếu nhất và biến chúng thành vùng rìa vi sóng của phổ điện từ. Nó giống như một tia laser.
Maser này được bơm bởi một máy phát vô tuyến với tần suất 0,000000001 giây mỗi ngày. Độ chính xác của việc bơm này là rất lớn. Vì lý do này, khi bộ phát vô tuyến được kết hợp với tần số trong các biến thể của bức xạ của một nguyên tố nguyên tử, các ion ở đó có khả năng hấp thụ bức xạ nói trên và phát ra ánh sáng. Tất cả những điều này diễn ra nhờ vào sự phát xạ sóng vô tuyến.
Chuyển đổi dữ liệu thành thời gian
Khi các ion hấp thụ bức xạ và phát ra ánh sáng, một tế bào quang điện sẽ bắt được chính xác thời điểm mà ánh sáng phát ra và thông qua một mạch bắt đầu kết nối với một đồng hồ đo. Bộ đếm là phần phụ trách có thể ghi số lần sóng mong đợi bắt đầu phát ra.
Tất cả dữ liệu thu được trong bộ đếm thời gian ion phát ra ánh sáng sẽ được chuyển đến máy tính. Đó là khi tất cả các hoạt động cần thiết để gửi các xung đến các máy thu bắt đầu được thực hiện. Bộ thu cuối là bộ thu hiển thị trực quan cho chúng ta thời gian chính xác.
Đồng vị được dùng để hấp thụ bức xạ và phát ra ánh sáng là Cesium 133. Đồng vị này được đốt nóng để nó có thể giải phóng các nguyên tử của nó và với điện tích mà chúng sở hữu, chúng có thể được dẫn qua một ống rỗng có trường điện từ hoạt động như một bộ lọc để chỉ những nguyên tử có trạng thái năng lượng là trạng thái cần thiết mới có thể đi qua. .
Tầm quan trọng của đồng hồ nguyên tử
Chắc chắn bạn đã nghĩ đến việc có một chiếc đồng hồ nguyên tử để có độ chính xác tốt nhất trên thế giới và không bao giờ là muộn ở bất cứ đâu. Tuy nhiên, nó là một chiếc đồng hồ dành cho nghiên cứu vì độ chính xác tuyệt vời của nó. Nó không chỉ được sử dụng để tính thời gian của các phản ứng hóa học hoặc để thực hiện các thí nghiệm mà thời gian là một biến số quan trọng cần tính đến. Nó khá hữu ích để biết các biến thể tồn tại trong tốc độ thời gian.
Cho đến nay, một trong những thí nghiệm hoàn chỉnh và nổi tiếng nhất trong đó đồng hồ nguyên tử đã được sử dụng là gửi các máy bay theo các hướng ngược nhau quanh Trái đất. Sau khi các máy bay khởi hành từ điểm xuất phát của chúng, đồng hồ được khởi động và đo thời gian cả hai đến nơi. Đây là cách nó được xác minh rằng thuyết tương đối hẹp. Một thí nghiệm khác là đặt một chiếc đồng hồ nguyên tử trong tầng hầm của một tòa nhà chọc trời và một chiếc đồng hồ khác trên mái nhà để xem sự khác biệt giữa chúng. Đối với những loại thí nghiệm này, bạn cần một chiếc đồng hồ có độ chính xác cao.
Hiện tại, đồng hồ nguyên tử này được sử dụng để hình thành các vệ tinh GPS mà chúng ta vẫn quen sử dụng trong điện thoại thông minh hoặc ô tô của mình. Do đó, thời gian của các thiết bị này rất chính xác. Từ những gì có thể thấy, nó không được sử dụng hạn chế trong phòng thí nghiệm, mà được sử dụng gián tiếp bởi tất cả chúng ta.
Chúng ta có thể có đồng hồ nguyên tử cầm tay không?
Ai mà không muốn có một chiếc đồng hồ chính xác như thế này trong tay để đi khắp nơi biết thời gian chính xác. Tuy nhiên, đồng hồ nguyên tử không bao giờ có thể đến tay chúng ta. Họ có một vấn đề lớn và đó là để có độ chính xác tốt như vậy yêu cầu môi trường rất ổn định và nhiệt độ rất lạnh. Chỉ trong những môi trường này, độ chính xác chính xác của đồng hồ nguyên tử mới được đề cao.
Mặt khác, những chiếc đồng hồ mà chúng tôi hiện có thể mua được chúng khá chính xác và người ta ước tính rằng nó sẽ không có các lựa chọn thị trường tuyệt vời. Với các thành phần của nó và khó bảo trì, nó sẽ là một chiếc đồng hồ có giá thành cao và sẽ không tạo được tiếng vang trên thị trường. Không có nhiều triển vọng bán khuyến khích sự phát triển của các cơ chế để có một chiếc đồng hồ đeo tay nguyên tử.
Bạn có thể liên tục quan sát những người trên thế giới không biết làm gì với tiền của họ và có lẽ nhóm người này sẵn sàng trả giá rất cao cho loại đồng hồ chính xác đến mức này trên cổ tay của họ. Chỉ để nói rằng họ có một cái gì đó độc đáo và khác biệt với những người khác có thể là một lựa chọn thị trường tốt.
Dù vậy, nó là một loại đồng hồ rất cần thiết cho khoa học và giúp hiểu rõ hơn về thế giới mà chúng ta đang sống.