Cách đo đồng hồ nguyên tử như thế nào năm 2024
|
Định nghĩa về giây - đơn vị thời gian cơ bản nhất trong hệ thống đo lường thời gian hiện tại của chúng ta đã không được cập nhật trong hơn 70 năm. Theo đó, tiêu chuẩn về giây hiện tại dựa trên một thí nghiệm năm 1957 với một đồng vị, hoặc một biến thể của caesi (nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn có ký hiệu Cs và số nguyên tử bằng 55) ở trạng thái "kích thích" nhất và giải phóng số lượng photon hay đơn vị ánh sáng lớn nhất có thể. Show
Khi đo lại bước sóng - thứ được gọi là tần số cộng hưởng tự nhiên của caesi, các nhà khoa học phát hiện ra các nguyên tử caesi "tích tắc" 9.192.631.770 lần mỗi giây. Kể từ đó, độ dài của giây đã được xác định. Đồng hồ thiên văn Praha (Praha Orloj) - một trong những đồng hồ lâu đời nhất trên thế giới, nằm tại CH Séc (Ảnh: Twitter). Thế nhưng trong khoảng một thập kỷ tới, định nghĩa này có thể thay đổi. Dựa trên công nghệ có tên gọi là đồng hồ quang học nguyên tử siêu chính xác, các nhà khoa học giờ đây có thể dựa vào ánh sáng nhìn thấy để thiết lập một định nghĩa mới về giây. Trên lý thuyết, đồng hồ nguyên tử này sẽ chính xác hơn nhiều so với mẫu đồng hồ cesium tiêu chuẩn, từng được biết đến với khả năng đo giây dựa trên sự dao động của các nguyên tử caesi khi tiếp xúc với vi sóng. Để hiểu rõ hơn về sự khác biệt này, Jeffrey Sherman, một nhà nghiên cứu tại Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia về Thời gian và Tần số ở Boulder, Colorado (Mỹ) đã dùng phép so sánh thú vị. "Hãy tưởng tượng như trước đây, chúng ta đo giây đồng hồ bằng một cây gậy dài 1 mét", Sherman nói. "Nhưng giờ đây, bạn sẽ có một chiếc thước kẻ với vạch dấu lên tới từng milimet". Để làm được điều này, các nhà nghiên cứu phải phân tách, sau đó làm lạnh các nguyên tử đến độ 0 tuyệt đối trong một sợi tóc, sau đó "ép xung" chúng với màu sắc được điều chỉnh từ của ánh sáng khả kiến cần thiết để kích thích tối đa các nguyên tử này. Cuối cùng, họ sẽ đếm các dao động từ các xung ánh sáng phát ra từ khoảng cách rất nhỏ, để đo "độ dài" của một giây đồng hồ. Đây đều là những kỹ thuật cực kỳ phức tạp và có thể cần thêm nhiều thí nghiệm để đo lường một cách chính xác. Tuy nhiên nếu mọi chuyện diễn ra theo đúng kế hoạch, Sherman tin rằng một định nghĩa mới về giây đồng hồ có thể sẽ chính thức được thông qua vào năm 2030. Tại sao phải đo lại giây đồng hồ? Thời gian không chỉ đơn giản là phát đi theo một đường thẳng. Thuyết tương đối của Einstein từng cho rằng nó bị biến dạng bởi khối lượng và lực hấp dẫn. Kết quả là thời gian có thể trôi qua chậm hơn một chút ở mực nước biển, nơi trường hấp dẫn của Trái Đất mạnh hơn so với một vị trí ở rất cao, chẳng hạn như trên đỉnh Everest. Theo Sherman, việc phát hiện chi tiết hơn về những thay đổi nhỏ trong dòng chảy thời gian không chỉ giúp định nghĩa lại các khái niệm để chúng trở nên rõ ràng, chính xác hơn, mà còn có thể giúp các nhà khoa học tìm ra những bằng chứng về vật lý hoàn toàn mới. Bên cạnh đó, loại đồng hồ quang học mới còn có thể giúp phát hiện vật chất tối, chất vô hình tạo ra lực hấp dẫn, hoặc tìm kiếm những tàn tích của "Vụ nổ lớn" dưới dạng các sóng hấp dẫn - hay những gợn sóng trong không-thời gian, được tiên đoán bởi thuyết tương đối của Einstein. Được biết từ trước đến nay, mức độ ảnh hưởng của vật chất tối chỉ được phát hiện ở những vùng xa xôi, nơi các thiên hà quay xung quanh nhau, từ sự bẻ cong của ánh sáng xung quanh các hành tinh và ngôi sao, hay từ ánh sáng còn sót lại từ Vụ nổ lớn. Tuy nhiên, nếu những đám vật chất tối này đang ẩn nấp ở đâu đó gần hơn, thậm chí là ở ngay trên Trái Đất, thì những chiếc đồng hồ siêu chính xác - thứ có thể phát hiện ra sự chậm lại rất nhỏ của thời gian - là thứ khả dĩ nhất có thể giúp các nhà khoa học tìm thấy chúng. Có thể bạn chưa biết? Đồng hồ chính xác nhất Thế giới hiện nay là loại đồng hồ hoạt động bằng nguyên tử. Từ hồi giữa thế kỉ 20, từ ngày đầu tiên nó được tạo ra, đồng hồ nguyên tử đã luôn là chuẩn mực của việc đo đạc thời gian. Suốt 50 năm qua, công nghệ nguyên tử được cả tiến cho hiệu quả hơn, ta đã có những chiếc đồng hồ có độ sai số chỉ 1 giây qua mỗi 30 tỷ năm, nhưng nguyên lý cơ bản của nó vẫn được giữ nguyên. Theo Albert Einstein, người cha đỡ đầu của học thuyết tương đối: vũ trụ là một chiếc đồng hồ khổng lồ hoạt động theo những nguyên lí bất di bất dịch. Thời gian hay không gian cũng phải phục tùng những nguyên lí ấy. Hay nói dễ hiểu hơn, dù ở bất kỳ đâu, chiếc đồng hồ của tự nhiên vẫn quay với vận tốc như vậy, không bao giờ thay đổi nếu có cùng một điều kiện. Thuyết tương đối cho rằng vũ trụ hoạt động theo những quy luật không đổi và biến số không có gì khác ngoài thời gian và không gian. Dù ở thời gian nào, không gian nào trong vũ trụ, những chiếc đồng hồ tự nhiên vẫn chạy không lệch nhau một li. Đồng hồ nguyên bản là một công cụ để theo dõi và cập nhật theo sự vận động của thế giới tự nhiên. Và trong thế giới đồng hồ, còn chiếc đồng hồ nào chính xác hơn những chiếc đồng hồ hoạt động bằng chính sự vận động của nguyên lí tự nhiên. Đồng hồ nguyên tử là gì?Đầu tiên là đồng hồ nguyên tử khác với bom nguyên tử nhé, đồng hồ nguyên tử không có khả năng phản ứng phân rã nguyên tử để phát nổ nên bạn cứ an tâm. Đồng hồ nguyên tử là đồng hồ điều chỉnh thời gian theo trạng thái dao động của nguyên tử. Tần số dao động của nguyên tử là không đổi và có thể đo được, vì vậy đồng hồ nguyên tử là loại đồng hồ chính xác nhất cho tới nay. Loại nguyên tử được sử dụng trong loại đồng hồ này đã thay đổi liên tục theo thời gian kể từ khi loại đồng hồ này ra đời. Bắt đầu là phân tử Amoniac, hiện tại là Cesium, Rubidium, Hydro, Strontium,… và tương lai có lẽ sẽ là dựa trên hạt nhân hoặc ánh sáng. \> Tìm hiểu dòng đồng hồ năng lượng mặt trời từ A-Z Cỗ máy đồng hồ quang học ion. Định nghĩa 1 giây chính xác là bao nhiêu?Các mẫu đồng hồ thủ công do con người chế tạo như đồng hồ máy cơ hay thậm chí cả đồng hồ thạch anh có độ chính xác và sự ổn định chỉ ở mức tương đối, vừa đủ cho người bình thường sử dụng, nhưng không đủ độ ổn định chính xác để áp dụng cho các công cuộc theo dõi lâu dài các công trình nghiên cứu khoa học tự nhiên. Một chiếc đồng hồ cơ chính xác nhất có độ sai số khoảng từ -4 đến +6 giây/ ngày còn đồng hồ pin tốt nhất có độ chính xác +-2 giây sau 10 ngày, chưa đủ độ tin cậy cho các nhà khoa học. Các nhà khoa học cần một công cụ đo thời gian có độ chính xác gần như tuyệt đối, một chuẩn mực tuyệt đối cho một giây là bao nhiêu để áp dụng cho các máy móc, công nghệ hiện đại như GPS, vệ tinh, internet, máy tính, laptop, điện thoại di động, v.v… hoạt động chinh xác theo chuẩn mực ấy. \> Xem thêm: Cách chỉnh đồng hồ điện tử đơn giản, chính xác Cho đến năm 1967, Hệ thống đơn vị đo lường quốc tế SI, qua nhiều cuộc nghiên cứu, chọn lọc, đã quyết định lấy chu kỳ thay đổi mức năng lượng của nguyên tử Cesium-133 là 9,192,631,770 làm con số cụ thể và chính xác đơn vị 1 giây, và đồng hồ nguyên tử cũng hoạt động dựa trên việc đo lường từ chu kỳ vận động của nguyên tử Cesium. \> Đọc thêm Đồng Hồ GMT Là Gì? Đồng Hồ World Time Là Gì? Cách Sử Dụng Như Thế Nào? Thanh kim loại chất liệu Caesium Cách thức hoạt động của đồng hồ nguyên tửHiện tại, đơn vị một giây trong hệ đo lường quốc tế (SI) được định nghĩa từ năm 1967 là sự kéo dài 9,192,631,770 chu kỳ của bức xạ tương đương với sự chuyển tiếp giữa hai mức trạng thái năng lượng của nguyên tử cesium (Caesium), đồng vị bền 133Cs. Có thể hiểu nôm na là trong 1 giây nguyên tử 133Cs chuyển đổi giữa 2 trạng thái năng lượng 9,192,631,770 lần. Tần số của bức xạ sau một lần chuyển đổi được tính theo Δv = ΔE/h (với h là hằng số Planck). Phần chính của đồng hồ nguyên tử là một máy cộng hưởng vi sóng, máy có thể tự điều chỉnh tần số (khi có chênh lệch nhỏ) và so sánh với tần số bức xạ nguyên tử, khi hai giá trị này bằng nhau, máy dò sẽ nhận được một tín hiệu cực đại, 9 192 631 770 tín hiệu sẽ cho ra 1 giây. \> Đọc thêm Dual Time - Khái Niệm, Công Năng & Cách Điều Chỉnh Độ chính xác của máy cộng hưởng vi sóng thường có giá trị khoảng 10−14 (chênh lệch chỉ 1 giây sau 3 triệu năm) Lịch sử sơ lược của đồng hồ nguyên tửCác nhà khoa học, qua học thuyết tương đối dưới sự củng cố của nhà bác học Albert Einstein, đã đưa ra ý tưởng áp dụng sự vận động của nguyên tử để đo lường thời gian tuyệt đối từ lâu. Nhưng phải tới năm 1945, cơ chế hoạt động của của đồng hồ nguyên tử mới được Tiến sĩ Isidor Isaac Rabi phát minh nhưng chưa hoàn thiện. Năm 1949, đồng hồ nguyên tử đầu tiên hoạt động theo chuyển động của phân tử Amoniac được chế tạo bởi Viện tiêu chuẩn và kĩ thuật Quốc gia Hoa Kỳ (NIST, trước kia NBS). Năm 1955: Louis Essen và Jack Parry chế tạo thành công đồng hồ nguyên tử hoạt động theo chuyển động nguyên tử 133Cs tại phòng thí nghiệm Vật lý Quốc gia Anh (NPL). \> Có thể bạn chưa biết: 10 Chiếc Đồng Hồ Làm Nên Lịch Sử Thế Giới Hiện Đại Qua Thời Gian Hai nhà sáng chế Louis Essen và Jack Parry và cỗ máy đồng hồ nguyên tử hoàn thiện đầu tiên trên Thế giới Năm 1967, “đồng hồ nguyên tử Cesium-133” trở thành tiêu chuẩn để xác định một giây trong Hệ thống Đơn vị Quốc tế. Trong số các đồng vị khác nhau của các nguyên tử cesium, cesium-133 là đồng vị duy nhất không phát ra các tia phóng xạ, tồn tại ở trạng thái ổn định trong tự nhiên. Ngoài nguyên tử 133Cs; nguyên tử Rubidium, Hiđrô và các nguyên tử hay phân tử khác đã được dùng, độ chính xác ngày càng cao hơn. \> Xem thêm Cách Chỉnh Đồng Hồ Cơ Chạy Sai Giờ, Nhanh Chậm Lĩnh vực sử dụngĐược dùng để đo chính xác thời gian, xác định tiêu chuẩn giờ, phối hợp các múi giờ và các hệ thống giờ với nhau. Ngoài ra, nó còn được dùng trong tên lửa, máy bay không người lái, và đặc biệt là đo thời gian để xác định khoảng cách trên vệ tinh trong các hệ thống định vị như GPS, GLONASS hay Galileo. Đọc thêm: Đồng hồ cơ lộ máy Skeleton là gì? Đánh giá chi tiết đồng hồ Skeleton Ở đâu có đồng hồ nguyên tử?Hiện tại, có hơn 420 đồng hồ nguyên tử trên toàn thế giới ở hơn 50 quốc gia. Thời gian từ các đồng hồ này được tổng hợp và đưa vào Viện Thời gian nguyên tử quốc tế (viết tắt la TAI, từ tiếng Pháp - Temps Atomique International). TAI là thời gian quốc tế của trái đất, và là cơ sở cho giờ Quốc tế UTC. Đồng hồ đeo tay có thể có độ chính xác như vậy được không?Bộ máy cho đồng hồ nguyên tử rất lớn, vận dụng rất nhiều công suất và chúng không thể gói gọn vỏn vẹn trong một chiếc đồng hồ đeo tay được. Tuy nhiên, chúng ta vẫn có thể sở hữu dòng đồng hồ đeo tay có thể tự động bắt tín hiệu, cập nhật thông số từ các trạm radio. Những dòng đồng hồ này được gọi là đồng hồ Radio Controlled rất nổi tiếng của thương hiệu Citizen. Dòng đồng hồ sẽ nhận tín hiệu từ một trạm tín hiệu vô tuyến có tại 4 khu vực chính là Nhật Bản, Mỹ, Trung Quốc, Đức.và thiết lập lại thời gian của nó một lần một ngày. Đây là cách dễ nhất để có được độ chính xác của đồng hồ nguyên tử trên tay bạn. Radio Controlled còn là một dòng đồng hồ rất thích hợp với những người phải thường xuyên đi công tác qua nhiều quốc gia, địa lý khác nhau, với công nghệ Global Radio Controlled – sẽ tự động bắt tín hiệu sóng vô tuyến ở trạm đồng hồ nguyên tử và điều chỉnh thời gian đồng bộ theo giờ chuẩn địa phương nơi người sử dụng di chuyển đến. \> Đọc thêm Cách chỉnh đồng hồ Citizen Eco-Drive Radio Controlled Đồng Hồ Citizen Eco-Drive 47.1mm Nam NamEco-Drive47.1mm Đồng hồ công nghệ Radio Controlled có thể tự động điều chỉnh giờ theo giờ của 26 thành phố trên thế giới và giờ UTC, giúp người sử dụng không phải mất quá nhiều thời gian để căn chỉnh lại giờ khi thường xuyên phải di chuyển qua nhiều múi giờ địa lý. Videos Review Đồng Hồ Citizen CB5020-87L Radio Controlled Titanium Dòng Đa Chức Năng Cho NamNgoài ra, đồng hồ CITIZEN Radio Controlled sử dụng công nghệ Eco-drive, công nghệ năng lượng ánh sáng tiên tiến nhất và là độc quyền của hãng Citizen, sẽ khai thác bất cứ nguồn ánh sáng nào và chuyển đổi thành năng lượng cho đồng hồ hoạt động; giúp người sử dụng không phải quan tâm hoặc mất thời gian cho việc thay Pin cho đồng hồ. Khi được nạp đầy, ngay trong bóng tối đồng hồ có thể hoạt động liên tục từ 6 tháng đến 1 năm. Bạn chỉ cần để đồng hồ tiếp xúc với ánh sáng, nó sẽ tự hoạt động. Nếu sử dụng cẩn thận, tuổi thọ của chúng có thể kéo dài từ 5 – 10 năm. Một số mẫu đồng hồ Citizen Eco-Drive Radio Controlled tiêu biểu tại Tân TânĐồng Hồ Citizen Eco-Drive CB0240-88LCitizen CB0240-88L nổi bật với phong cách thiết kế mạnh mẽ, lịch lãm chuẩn tinh thần phi công. Tất cả các chi tiết từ dây đeo đến bộ vỏ đều làm bằng thép không gỉ ánh kim toát lên sự nam tính, thanh lịch. Mặt số với nền xanh dương lạ mắt, thu hút mọi ánh nhìn với các chức năng sắp xếp hài hòa, nổi bật. Sự kết hợp giữa hai tông màu xanh và trắng của mặt số làm nên một trải nghiệm quan sát hoàn hảo. Đồng Hồ Citizen Eco-Drive CB0240-88L 42.4mm Nam Đồng Hồ Citizen Eco-Drive 42.4mm Nam NamEco-Drive42.4mm Đồng Hồ Citizen Eco-Drive AT8200-87LCitizen AT8200-87L thuộc bộ Citizen 6 kim Eco-Drive nên được sở hữu mặt số 6 kim. Ngoài 3 kim giờ, phút, giây thông thường, Citizen AT8200-87L còn được trang bị thêm 3 kim đo phụ. Ở góc 12 giờ là kim hiển thị mức năng lượng. Ở góc 6 giờ là kim hiển thị lịch ngày, thứ, tháng, lịch vạn niên, giờ mùa hè. Ở góc 9 giờ là kim hiển thị giờ ngày và giờ đêm. Đồng Hồ Citizen Eco-Drive AT8200-87L 44mm Nam Đồng Hồ Citizen Eco-Drive 44mm Nam NamEco-Drive44mm Đồng Hồ Citizen Eco-Drive CB5038-14ECitizen CB5038-14E sở hữu một thiết kế rất độc đáo và phá cách thể hiện nét trẻ trung, khỏe khoắn của một chiếc đồng hồ thể thao. Với sự kết hợp hài hòa giữa gam màu nâu từ dây da và đen tuyền của mặt số mang lại cho đồng hồ một tổng thể mạnh mẽ, phong trần. Đồng Hồ Citizen Eco-Drive CB5038-14E 44.6mm Nam Đồng Hồ Citizen Eco-Drive 44.6mm Nam NamEco-Drive44.6mm Đồng Hồ Citizen Eco-Drive CB0027-00EĐồng Hồ Citizen Eco-Drive CB0027-00E 43mm Nam Đồng Hồ Citizen Eco-Drive 43mm Nam NamEco-Drive43mm Đồng Hồ Citizen Eco-Drive CB0240-29XĐồng Hồ Citizen Eco-Drive CB0240-29X 42.4mm Nam Đồng Hồ Citizen Eco-Drive 42.4mm Nam NamEco-Drive42.4mm Trên đây là thông tin về đồng hồ nguyên tử, loại đồng hồ chính xác nhất thế giới hiện nay. Trong thế giới đồng hồ hiện đại, đồng hồ nguyên tử đứng là một biểu tượng của sự chính xác và tiến bộ công nghệ. Với khả năng đo thời gian với độ chính xác đáng kinh ngạc, đồng hồ nguyên tử không chỉ là một công cụ đo thời gian mà còn là biểu tượng của sự tiến bộ và đổi mới trong ngành công nghiệp đồng hồ. |
