Авторские материалы Секунду скорректируют

Ученые не довольны нынешней точностью секунды и собираются переопределить её. Делать они это будут при помощи сверх точных атомно-оптических часов, в которых время отсчитывается на основании колебаний луча лазера. Атомно-оптические часы сложны, поэтому имеются только в нескольких лабораториях мира. Поэтому исследователи решили объединить их в одну сеть. Так подсчёты становятся более точными. Новую длительность секунды могут официально утвердить в 2030 году. О том как ученые собираются менять ход времени – Сергей Гололобов.

Определение секунды не обновляли более 70 лет. Пришло время самую фундаментальную единицу измерения времени подправить, считают ученые по всему миру. Тем более, выяснилось, что в каждой изучающей время лаборатории секунда различается по длительности. Да всего лишь на миллиардные доли, но такая разница уже чувствительна для современной науки и техники. Сейчас, чаще всего, секунду определяют по атомным часам, рассказал в одной из онлайн-лекций на портале Научная Россия академик Российской академии наук, директор Физического института имени Лебедева Николай Колачевский.

КОЛАЧЕВСКИЙ: Была довольно длинная эпоха, она сохраняется, так называемых микроволновых часов – цезиевых фонтанов, цезиевых трубок. Когда в качестве таких маятников, перехода очень точного, используется переход в атоме цезия. Это лежит в определении секунды. Например, 9 миллиардов колебаний между уровнями в атоме цезия и определяет секунду в системе единиц СИ. Точность таких измерений достигает единиц шестнадцатого знака сегодня. Это микроволновые часы. Они стоят в метрологических центрах.

Как представить себе точность измерения в шестнадцатый знак? Для примера, если мы поставим часы сначала на уровне пола, а потом поднимем их на метр, то скорость их хода изменится на ту самую единицу шестнадцатого знака. Казалось бы, для простого человека, всё это бесконечно малые величины. Для ученых же такие погрешности слишком заметны. А потому они придумали новый вид часов – более точных – атомно-оптические. Из таких часов исходит лазерный луч. Лазер тоже продукт атомных колебаний, или по другому, атомных переходов. Он и колеблется в качестве маятника, дополнил Николай Колачевский.

КОЛАЧЕВСКИЙ: Оптические часы – это тоже атомы. Это могут быть атомы стронция, атомы тулия, могут быть атомы других элементов. Но вот этот вот маятник, он уже находится не в радиочастотном диапазоне, а в оптическом. И возбуждать этот переход надо не с помощью микроволнового излучения, а с помощью лазеров. Эпоха оптических часов сейчас бурно развивается, идёт дискуссия в палате мер и весов о переопределении секунды СИ. И оптические часы сегодня достигли точности единиц 18-го знака. Это фантастическая точность.

Атомно-оптические часы крайне дорогое и сложное оборудование. И есть они пока только в некоторых лабораториях в мире. Казалось бы, при точности в 18-ый знак они должны работать полностью синхронно. Но нет. Даже самые точные на сегодня оптические часы не дают идеального результата. Выяснили это ученые, связав между собой онлайн десять оптических часов, расположенных в метрологических лабораториях шести стран. Оказалось, что все часы показывают разное время. Не, ну как разное? Погрешность составила чуть больше секунды за миллиард лет. Но для науки это очень существенное отклонение. Из-за чего оно возникло? Точного ответа пока нет. Не исключено, что в том числе влияют условия земных измерений. Например, важно, где часы располагались – под землей, или в горах, – от такого местонахождения зависит сила гравитации. А она, как ранее доказано физиками, связана с ходом времени. В общем, решено длительность секунды скорректировать. Срок – 2030-ый год. К этому времени должны развиться новые технологии измерений, еще более точные, нежели те, что сейчас дают атомно-оптические часы. Ими могут стать ядерные часы. Не путать с атомными. В атомных как бы задействуется весь атом – довольно сложная и большая частица вещества. И как выяснилось, с довольно серьезными погрешностями. А в ядерных часах будут считать колебания – переходы только ядер атома, которые состоят, напомним, из протонов и нейтронов. Уже выбран наиболее перспективный для ядерных часов элемент – радиоактивный торий – продукт распада урана. Ну и если не точно к тридцатому году, то к тридцатым годам, эти технологии ядерных часов должны довести до ума. Тогда то секунду и скорректируют. Зачем это всё надо? Например, для более точных систем геопозиционирования и навигации, отмечает Николай Колачевский.

КОЛАЧЕВСКИЙ: Например мы вызываем такси, корабли ездят по мировым океанам, летают самолеты. Все это тоже происходит с использованием систем глобальной спутниковой навигации, ГЛОНАСС. А это часы. На каждом спутнике стоят точные часы, которые посылают сигналы времени, которые определяют точность навигации на земном шаре. Чем точнее эти часы, тем точнее мы будем перемещаться. И например беспилотный транспорт требует не метровой точности, а сантиметровой, а в перспективе и миллиметровой. Соответственно,точность часов тоже должна повышаться.

Более точные часы полезны и для фундаментальных исследований. Так, они могут помочь изучать тёмную материю. Напомним, что время связано с гравитацией. Время идет медленнее на уровне моря, где гравитационное поле Земли сильнее. Соответственно, на высокой горе гравитация немного, но слабее. Сверхточные часы, котоые смогут обнаружить крошечное замедление времени, напрмиер, могли бы найти во вселенной сгустки тёмной материи.