Скучные "атомные часы"...что показывает "хронометр"...

На большинство вопросов по Локации Луны я ответил.

Возможность Локации Луны - УБИВАЕТ детище Эйнштейна наповал.

Но!

НЕ уменьшает количество правоверных Релявов ни на пару!

Однако, продолжим.

Я расскажу вам, друг мой, как устроены "Атомные Часы".

Как договаривались.

- СНАЧАЛА.

Для начала, я сообщу вам - Часы НЕ ИЗМЕРЯЮТ ВРЕМЯ.

Да-да, вы не очитались.

Часы измеряют ДЛИНУ пробега ДВИЖУЩЕЙСЯ ДЕТАЛИ (ДД).

Эта самая ДД, пробег которой измеряют часы может быть ЛЮБОЙ, выглядеть весьма экзотически, но она ЕСТЬ ВСЕГДА.

В песочных часах это - ПЕСЧИНКИ, перебегающие из верхней колбы в нижнюю.

В бабушкиных "ходиках" - Гиря на цепочке, спускающаяся сверху в низ.

В» электронном хронометре» – Заряды, переползающие от "плюса" к "минусу".

Механизм часов лишь ПОКАЗЫВАЕТ пройденное ДВИЖУЩЕЙСЯ ДЕТАЛЬЮ расстояние.

Вообще, самые простые часы можно сделать из «рулетки» и куска мыла.

Раскатайте по полу «рулетку», и покатите вдоль нее мыло со скорость, например, - 1 м/сек (трением мыла об пол, и воздух пренебрегаем).

Линейка – циферблат Часов.

Мыло – Движущаяся Деталь Часов, по совместительству - Показывающее Устройство (ПУ).

Мыло скользит вдоль шкалы рулетки, и своим телом показывает на циферблате «время».

Между прочим, до тысячных долей секунды!

Отличные Часы, простые, точные и надежные!

Но!

Имеют существенный недостаток.

Какой?

- Длинные очень!

Циферблат Часов на Половину суток (как у обычных настенных) будет длиной…

12*60*60 = 43200 м.

С такими Часами могут не пустить в метро.

Да, и из кармана сильно торчат.

Инженеры быстро усовершенствовали механизм.

Теперь, ДД в Часах либо бегает по КРУГУ, - либо БОЛТАЕТСЯ ТУДА-СЮДА - Колеблется.

Это сразу сняло проблему РАЗМЕРОВ Девайса.

НО, САМОЕ ГЛАВНОЕ!

Позволило измерять пробег ГДД ПРОСТЫМ ПОДСЧЕТОМ кругов или Туда-сюдайных пробежек - ЦИКЛОВ.

К тому же, применение Периодического (Колебательного) Движения ГДД позволило использовать такое замечательное свойство Механических Колебательных Систем, как ЧАСТОТА СОБСТВЕННЫХ МЕХАНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ.

То есть, одновременно появилась хорошая возможность сделать «ХОД ЧАСОВ» равномерным.

С тех пор, в подавляющем числе Часов используется КОЛЕБЛЮЩАЯСЯ (болтающаяся туда-сюда) ДЕТАЛЬ.

Назовем ее - ГЛАВНАЯ ДВИЖУЩАЯСЯ ДЕТАЛЬ (ГДД).

Сейчас, друг мой, я открою вам еще одну сакральную тайну «темпорологии»!

Как бы НЕ назывались Часы, «Механические», «Электромеханические», «электронные», «атомные», «квантовые»…и т.д.

ВСЕГДА и ВЕЗДЕ!

Подчеркиваю!

Всегда!

И

Везде!

Главная движущаяся Деталь – МЕХАНИЧЕСКАЯ КОЛЕБАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА!

В «ходиках» - качающийся Маятник.

В наручных механических – вихляющийся Пружинный Маятник.

В Электромеханических – Крутящийся ротор Генератора.

В «электронных кварцевых» - Вибрирующий, трепещущий кусок Пьезоэлектрического материала.

В «атомных» - …..

…Прежде чем расковырять для Вас «атомные часы», остановим свое внимание на Часах «Кварцевых».

Крутящаяся на пружине деталька механических часов оказалась очень хорошим «маятником».

Но, можно СОВМЕСТИТЬ в одном устройстве и ПРУЖИНУ такого «маятника» и «колесо»!

Любой кусок твердого упругого материала, особенно кристаллического, КОЛЕБЛЕТСЯ (звенит), если его стукать!

Причем, «ЗВЕНИТ» с очень стабильной частотой.

Нужно только заставить кусочек кристаллического вещества «звенеть» не затухая, и научиться ПОДСЧИТЫВАТЬ число колебаний поверхностей «КРИСТАЛЛА».

Тут, как всегда вовремя, подоспел и технический прогресс.

Я имею в виду бурное развитие электроники.

Инженеры быстро научились делать «Электронные кварцевые генераторы»

Помогло одно очень полезное свойство некоторых кристаллических веществ, в частности кварца, электрически поляризоваться при деформации, и наоборот, деформироваться, если к куску кварца приложить электричество.

Такие вещества называются «Пьезоэлектрики»

Это позволило включить в цепь обратной связи генераторов КВАРЦЕВЫЙ РЕЗОНАТОР.

А сами генераторы стали называть «кварцевыми».

Причем, даже, если в качестве резонатора использовался и не кварц вовсе.

Собственная частота «звона» КВАРЦЕВЫХ пластинок поразительно стабильна.

А сами «КВАРЦЫ» необыкновенно удобны в применении.

Дешевы, компактны, легко встраиваются в схемы, потребляют мало электроэнергии, не боятся вибраций и т.д..

Сегодня на планете непрерывно маслают миллиарды «кварцевых генераторов».

Собственная частота колебаний «Кварцевого» Резонатора зависит от геометрических размеров и формы, собственно, куска используемого Пьезоэлектрика.

И, поэтому само собой, сильно зависит от Условий «окружающей среды».

От температуры, атмосферного давления, влажности.

Все эти напасти изменяют ГЕОМЕТРИЮ тела «кварца» и, как следствие, - его «резонансную частоту».

Инженеры сравнительно легко решили эти проблемы.

Научились учитывать температуру, давление и влажность (компенсированные кварцевые осцилляторы), или в особых случаях обеспечением стабильных внешних условий, - стабилизацией температуры, давления влажности… (стабилизированные «кварцевые осцилляторы»).

Все бы хорошо!

НО!

Как бы хорошо не приготавливался материал для резонатора, как бы тщательно не изготавливались сами пластинки.

В них остаются механические напряжения, которые со временем ИЗМЕНЯЮТ резонансные свойства устройства.

«Кварцы» стали ТРЕНИРОВАТЬ, многократно подвергая нагреванию и охлаждению.

Помогло.

Характеристики резонаторов стали более предсказуемы.

Но, хотелось лучшего!

Инженеры справедливо предположили, что чем МЕНЬШЕ размеры резонатора, чем меньше в нем Вещества, тем менее он подвержен внутренним и внешним изменениям.

И стали уменьшать размер пластинок.

Размеры «кварцев» уменьшались, а характеристики их становились все более стабильными.

Пока не стали минимально возможными для того, чтобы устойчиво работать в электронных схемах.

Это позволило создать генераторы электрических колебаний с невероятной стабильностью до 12 – 14 знаков.

Но!

Только в течение нескольких месяцев.

Потом поведение кварца, все равно, становилось Непредсказуемым.

Что делать?

Дальше уменьшать размеры «рабочего тела»?

Логично ведь!?

Чем меньше Атомов в Тельце резонатора, тем меньше у Тельца резонатора возможностей менять свое «внутреннее и внешнее оформление».

А какое минимальное количество Атомов в Теле Резонатора возможно?

- Правильно

– ОДИН!

Самый лучший «кварц» - «кварц», состоящий из ЕДИНСТВЕННОГО атома.

Оценим Атом, как Механическую Колебательную Систему

Атом – все еще ВЕЩЕСТВО.

Атом – Механическая Система.

Атом состоит их ДВИЖУЩИХСЯ Частей.

А значит, имеет СОБСТВЕННУЮ ЧАСТОТУ МЕХАНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ.

Кроме того, Атом состоит из "разнозаряженных" частей.

При деформации поляризуется.

Под воздействием электрического «поля» - Деформируется.

А значит, ПРИГОДЕН для использования в качестве ГДД.

Резонатор из Одного Атома Превосходная колебательная система,слабо подверженная изменениям, связанным с внутренними напряжениями!

Но!

Как всегда это гадское «НО!».

К одинокому Атому НЕ припаяешь провода.

Одинокого Атома не зажмешь между электродами.

Одинокий Атом НЕ впендирюшь в схемку Генератора.

А, ХОЧЕТСЯ!

И Инженеры, разумеется, выкрутились!

Если нельзя прикрутить проводами Атом к электродам?

Но, можно Атом запустить между электродами.

Сказано сделано....

...Вообще для использования в качестве «маятника» в «атомных часах» пригоден ЛЮБОЙ атом.

Но, атом Цезия оказался очень подходящим.

Инженеры сделали специальную «атомную цезиевую пушку», которая выпускает атомы Цезия тонюсенькой струйкой, сжимает, и вытягивает эту струйку до тех пор, пока струйка не распадается, практически в цепочку летящих «цугом» Атомов.

Атомы направляются между двумя электродами, к которым прикладывают переменное напряжение.

Переменное электрическое поле, возникающее между электродами, воздействует на заряженные части Атома Цезия, заставляя «дребезжать», и «толкаться» в струйке других таких же.

В результате такого «дребезга» пучок атомов «пушится», «распухает», в зазоре между электродами, меняется его сечение, и форма.

Понятно, что «пушистость», характер пучка, форма струйки атомов меняется, если Частота приложенного напряжения СОВПАДАЕТ с Собственной Частотой Колебаний Атома.

Специальное Следящее Устройство, Дискриминатор, отслеживает эти изменения состояние Пучка (степень его деформации в зазоре между электродами), и формирует специальный сигнал, который в дальнейшем используется для КОРРЕКЦИИ Частоты ХОРОШЕГО «КВАРЦЕВОГО» ГЕНЕРАТОРА, так, что бы эта частота совпадала с Собственной Частотой Механических Колебаний Атома Цезия...

...Да. Друг мой, вот так СКУЧНО и НЕ ГЛАМУРНО устроены «АТОМНЫЕ ЦЕЗИЕВЫЕ ЧАСЫ»!

Ничего в них не «квантует», не «распадется», и не «щелкает по Гейгеру»

«Атомные Часы» - это просто очень хорошие «кварцевые часы» - Генератор Электрических Импульсов, в котором используется ДВА « КВАРЦЕВЫХ» РЕЗОНАТОРА.

Один, ГЛАВНЫЙ Большой МАКРО-«кварц» используется собственно в схеме генератора непосредственно.

Второй - набор из сотен тысяч крошечных одинаковых МИКРО-«кварцов», состоящих из ОДНОГО ЕДИНСТВЕННОГО атома Цезия (каждый раз нового) используется для Стабилизации работы Большого.

Для КОРРЕКЦИИ ошибок, которые возникают при длительной эксплуатации ГЛАВНОГО...

Остроумное, невероятно изящное техническое решение, использующее преимущества обоих «маятников», и преодолевающее их недостатки.

Получился превосходный «хронометр», на самом деле просто генератор электрических импульсов, обладающий выдающейся стабильностью.

...Атом цезия все еще большой, и сложный.

Дальнейшее совершенствование «атомного хронометра» шло по привычной схеме – уменьшения размеров «кварца»-атома.

Какай самый простой и маленький атом?

- Правильно.

Это – атом Водорода.

Естественно самые точные «атомные часы» делают из водородных атомов.

Стабильность «водородного стандарта частоты, и времени» еще на порядок лучше, чем у цезиевого...

Гламурная «квантовая физика», норовит прилепить ярлык «квантовый» на все без исключения творения Инженеров, и Физиков.

Не избежали этой участи и Атомные Часы.

Однако, друзья, теперь вы знаете, что Атомные Часы «квантовые», не более, чем бабушкины ходики.

А, вся эта словесная шелуха, вроде «Квантовый хронометр», «квантовый переход атома цезия».. и т.д.

Все это - квантовые понты!

Дешевая ботва, предназначенная для «разведения кроликов».

Друзья!

Не будьте «кроликами»!

Не позволяйте «квантологам» себя разводить!