Znajdź zawartość

Podczas spotkania we Paryżu przedstawiciele rządów i organizacji naukowych zagłosowali za rezygnacją z sekundy przestępnej, poinformowało Międzynarodowe Biuro Miar i Wag (BIPM). Decyzja wejdzie w życie nie później niż w 2035 roku. Sekundy przestępne, podobnie jak lata przestępne, dodawano co jakiś czas do zegarów przez ostatnie pół wieku, by uwzględnić różnicę pomiędzy dokładnymi pomiarami czasu dokonywanymi za pomocą zegarów atomowych, a spowalniającym ruchem obrotowym Ziemi. Istnienie sekundy przestępnej mogło powodować problemy w licznych systemach zależnych od dokładnego nieprzerwanego pomiaru czasu – nawigacji satelitarnej, telekomunikacji, handlu czy podróży kosmicznych. Rezolucję o rezygnacji z sekundy przestępnej do 2035 roku podjęto podczas Generalnej Konferencji Wag i Miar, która odbywa się co cztery lata w Wersalu. Przeciwko głosowała Rosja, która chciała, by zmiana zaczęła obowiązywać od 2040 roku. Rok 2035 był kompromisem, gdyż część krajów proponowała rok 2025 czy 2030. Inicjatorami likwidacji sekundy przestępnej były m.in. Stany Zjednoczone i Francja. Wraz z pojawieniem się zegarów atomowych rozpoczęła się epoka bardzo precyzyjnych pomiarów czasu niż liczony w sekundach. I okazało się, że czas atomowy nie zgadza się z czasem obrotowym Ziemi. By rozwiązać ten problem, w 1972 roku wprowadzono sekundy przestępne. Od tamtej pory dodawano je 27 razy, po raz ostatni w roku 2016. Teraz postanowiono z tego zrezygnować, ale nie do końca. Na paryskim spotkaniu zdecydowano, że dopuści się większą niż sekunda różnicę pomiędzy czasem atomowym a astronomicznym. Ta większa różnica dopiero zostanie ustalona, mówi Judah Levine, fizyk z amerykańskich Narodowych Instytutów Standardów i Technologii. To on – wraz z Patrizią Tavellą, dyrektorką departamentu czasu w BIPM – przez lata opracowywał zarys przyjętej właśnie rezolucji. Teraz więc czekają nas kolejne negocjacje, podczas których państwa i naukowcy określą, na jak dużą rozbieżność czasu atomowego i astronomicznego będzie można pozwolić. Levine mówi, że mogłaby to być na przykład minuta. A minutę przestępną trzeba by wprowadzać raz na 50–100 lat. Jednocześnie podkreśla, że zachowanie pojęcia czasu uniwersalnego (UTC) jest ważne, gdyż ustalany jest on przez społeczność międzynarodową, skupioną w BIPM. Jedyną powszechnie stosowaną alternatywą dla czasu uniwersalnego jest czas GPS, o którym decydują zegary atomowe. Jednak, jak zauważa Levine, tym pomiarem czasu zarządza amerykańska armia bez nadzoru społeczności międzynarodowej. « powrót do artykułu

Zgodnie ze słynnym paradoksem bliźniąt, osoba poruszająca się z dużą prędkością, starzeje się wolniej niż jej brat-bliźniak. Podobnie ma się sprawa na Ziemi i innych dużych obiektach, które zaginają czasoprzestrzeń spowalniając upływ czasu. Jeśli jedno z bliźniąt będzie mieszkało nad morzem, a drugie na szczycie Mount Everest, gdzie grawitacja Ziemi oddziałuje nieco słabiej, będą starzały się w różnym tempie. Taka różnica została zresztą potwierdzona w eksperymencie, w którym jeden zegar atomowy umieszczono na poziomie morza, a drugi na szczycie góry. Teraz fizykom udało się zmierzyć różnice w upływie czasu w milimetrowej skali. Jun Ye z JILA w stanie Kolorado, wybitny badacz atomowych zegarów sieci optycznej, zmierzył różnice pomiędzy górną a dolną częścią chmury atomów o wysokości milimetra. To krok naprzód w kierunku badania teorii względności i mechaniki kwantowej, których obecnie nie potrafimy połączyć w jedną całość. Podczas swojego eksperymentu Ye wykorzystał optyczny zegar atomowy zbudowany z chmury 100 000 atomów strontu. Zegar wzbudzany był laserem. Przy odpowiedniej, bardzo precyzyjnej częstotliwości pracy lasera, elektrony krążące wokół każdego z jąder atomowych zajmowały wyższy poziom energetyczny. Jako, że tylko konkretna częstotliwość pracy lasera powodowały odpowiednie wzbudzenie elektronów, systemu można był użyć do niezwykle precyzyjnych pomiarów czasu. Można go porównać do zegara z wahadłem, gdzie rolę wahadła pełnią oscylacje światła lasera. Gdy naukowcy porównali częstotliwość „tykania zegara” na w górnej i dolnej części chmury, okazało się, że czas pomiędzy poszczególnymi przejściami jest na górze o 0,00000000000000001% krótszy niż na dole. Taki a nie inny sposób zaprojektowania eksperymentu pozwolił na usunięcie z pomiarów wielu zakłóceń. Na chmurę atomów wpływać może bowiem pole elektryczne, pole magnetyczne, ciepło otoczenia czy sam laser. Jednak niezależnie od tych wszystkich czynników różnica w częstotliwości pomiędzy górą a dołem chmury pozostawała taka sama. Autorzy badań mówią, że to krok w kierunku zunifikowania ogólnej teorii względności i mechaniki kwantowej. Teoria względności opisuje czasoprzestrzeń, w której obiekty mają dobrze zdefiniowane właściwości i przemieszczają się pomiędzy punktami przestrzeni w zdefiniowany sposób. Z kolei w mechanice kwantowej obiekt może znajdować się w superpozycji, czyli przyjmować jednocześnie różne właściwości lub też może nagle przeskoczyć do innej lokalizacji. Obie teorie dobrze opisują właściwe sobie rzeczywistości, ale nie przystają do siebie nawzajem. Jeśli bowiem rozważymy masywny obiekt, jak np. planetę, to – zgodnie z ogólną teorią względności – będzie on zaginał czasoprzestrzeń. Jeśli teraz zastosujemy do niego mechanikę kwantową, czyli umieścimy ten obiekt w superpozycji, zatem jednocześnie będzie się on znajdował w dwóch różnych miejscach, to rodzi się pytanie, czy również geometria czasoprzestrzeni znajdzie się w superpozycji. Niemożność zunifikowania obu tych teorii, które na początku XX wieku zrewolucjonizowały fizykę, to wciąż poważny problem dla nauki. Oznacza bowiem, że nie jesteśmy w stanie w pełni opisać rzeczywistości. Zegary atomowe to bardzo obiecujące systemy do badania tego problemu. Odmierzają bowiem czas, który w szczególnej teorii względności jest czwartą współrzędną czasoprzestrzeni, a jednocześnie przejścia pomiędzy poziomami energetycznymi elektronów są możliwe dzięki zjawiskom kwantowym. « powrót do artykułu

W 2017 roku fizycy wykazali, że dokładność zegara kwantowego jest bezpośrednio proporcjonalna do tworzonej entropii. Teraz naukowcy z Wielkiej Brytanii i Austrii odkryli podobną zależność w przypadku nanoskalowego zegara klasycznego. Z opublikowanej pracy nie tylko dowiadujemy się, że pomiar czasu wymaga zwiększenia entropii, ale również, że związek pomiędzy dokładnością pomiaru a entropią może być uniwersalną cechą mierzenia czasu. Wyniki badań mogą mieć duże znaczenie dla nanoskalowych silników cieplnych oraz technologii, których działanie jest zależne od dokładnych pomiarów czasu. W systemach klasycznych badanie związku pomiędzy dokładnością pomiaru a entropią jest trudne, gdyż trudno jest śledzić wymianę ciepła i pracy. Naukowcy z University of Oxford, Lancaster University oraz Wiedeńskiego Centrum Kwantowej Nauki i Technologii stworzyli prosty optomechaniczny nanozegar, składający się z membrany poruszanej za pomocą pola elektrycznego. Membrana porusza się w górę i w dół, a każda zmiana pozycji wyznacza pomiar jednostki czasu. Zegar daje nam użyteczne dane wyjściowe – ciąg pomiarów – kosztem zwiększenia nieuporządkowania swojego otoczenia, które jest ogrzewane przez obwód podłączony do membrany. Nanoskalowy zegar był zbyt duży by analizować go z punktu widzenia mechaniki kwantowej. Był też fizycznie całkowicie różny od wcześniej badanych zegarów kwantowych. Mimo to naukowcy zauważyli w nim identyczny tym zależności pomiędzy dokładnością a entropią, jaki istnieje w zegarach atomowych. Związek pomiędzy dokładnością a entropią był też zgodny z opracowanym przez uczonych modelem teoretycznym. Potwierdziło to, że ten sam wzorzec dotyczy systemów klasycznych i kwantowych. Autorzy mówią, że – mimo iż badali związek między entropią a dokładnością dla jednej implementacji klasycznego zegara – uzyskane wyniki i ich podobieństwo do wyników zegarów atomowych sugerują, że mogą być one prawdziwe dla każdego zegara. Sugerują jednocześnie, by optymalny zegar definiować jako taki, który ma najwyższą możliwość dokładność przy jak najmniejszej dyssypacji, bez względu na budowę samego zegara. Natalia Ares z University of Oxford sugeruje, że badania pomiędzy entropią a dokładnością pomiaru mogą zostać wykorzystane do lepszego zrozumienia natury czasu i powiązanych z tym ograniczeń w wydajności nanoskalowych silników. « powrót do artykułu