Znajdź zawartość

Od pewnego czasu Ziemia obraca się szybciej niż zwykle, a 19 lipca ubiegłego roku był najkrótszą dobą od czas rozpoczęcia pomiarów. Trwała ona o 1,4602 milisekundy krócej niż zwykle. W bieżącym roku możemy spodziewać się zaś kolejnych rekordów. Specjaliści przypuszczają, że przeciętna tegoroczna doba będzie o ponad 0,5 milisekundy krótsza niż drzewiej bywało. Poprzednio najkrótsza doba została zmierzona w 2005 roku. Jednak w roku 2019 rekord ten został pobity aż 20 razy. To tym, że długość doby się zmienia ludzkość dowiedziała się w latach 60. ubiegłego wieku, gdy powstały zegary atomowe, a ich pomiary porównano z pozycją gwiazd. W  ciągu ostatnich dekad długość doby ulega ciągłemu wydłużeniu. Różnica jest spora. Od lat 70. operatorzy zegarów atomowych musieli dodać aż 27 sekund przestępnych, by dostosować zegary do ruchu obrotowego naszej planety. Ostatni raz sekundę przestępną dodawano noc sylwestrową 2016 roku, kiedy to zegary na całym świecie zostały na sekundę zatrzymane. Tymczasem od pewnego czasu specjaliści obserwują, że Ziemia przyspieszyła. Niewykluczone, że w niedługim czasie – po raz pierwszy w historii – trzeba będzie odjąć sekundę przestępną od zegarów. Nie mamy wątpliwości, że Ziemia obraca się wokół własnej osi szybciej, niż w jakimkolwiek momencie ostatnich 50 lat, mówi Peter Whibberley, naukowiec z grupy odpowiedzialnej za  pomiary czasu w brytyjskim Narodowym Laboratorium Fizycznym."Nie można wykluczyć, że jeśli ruch obrotowy Ziemi będzie przyspieszał, konieczne będzie dodanie ujemnej sekundy przestępnej. Jest jednak zbyt wcześnie, by o tym mówić. Prowadzone są międzynarodowe rozmowy dotyczące przyszłości sekund przestępnych. Jest też możliwe, że konieczność dodania ujemnej sekundy przestępnej spowoduje, że zostanie podjęta decyzja o całkowitej rezygnacji z sekund przestępnych, dodaje. W ostatnią niedzielę (3 stycznia), długość doby słonecznej wyniosła 23 godziny 59 minut i 59,9998927 sekundy. W poniedziałek doba jeszcze bardziej się skróciła. Eksperci przypuszczają, że w całym bieżącym roku skumulowana różnica pomiędzy dobą a zegarami atomowymi wyniesie około 19 milisekund. Różnice te są tak niewielkie, że dla przeciętnego człowieka stałyby się zauważalne po kilkuset latach. Jednak współczesne systemy komunikacji satelitarnej i nawigacji są uzależnione od dokładnego dopasowania pomiarów czasu do pozycji Słońca, Księżyca i gwiazd. Za tę zgodność odpowiadają naukowcy z International Earth Rotation Service w Paryżu. Monitorują tempo obrotowe planety i z sześciomiesięcznym wyprzedzeniem informują wszystkie kraje, kiedy trzeba będzie zastosować sekundę przestępną. Jednak manipulowanie czasem może nieść ze sobą poważne konsekwencje. Gdy w 2012 roku na świecie dodano sekundę przestępną, doszło do awarii Mozilli, Reddita, Foursquare'a, Yelpa, LinkedIna i StumbleUpon. Pojawiły się problemy z systemem operacyjnym Linux oraz z programami napisanymi w Javie. Niektóre kraje chcą całkowicie przejść na pomiary czasu za pomocą zegarów atomowych i zrezygnować ze stosowania sekund przestępnych. Inne kraje, w tym Wielka Brytania, sprzeciwiają się temu, gdyż taki ruch spowodowałby całkowite zerwanie ze związkiem pomiędzy pomiarami czasu z ruchem Słońca na nieboskłonie. W 2023 roku Światowa Konferencja Radiokomunikacyjna ma zdecydować o losie sekundy przestępnej. Tempo ruchu obrotowego Ziemi ulega ciągłym zmianom. Jest to spowodowane złożonymi zależnościami pomiędzy ruchem płynnego jądra Ziemi, ruchem oceanów i atmosfery oraz ruchem ciał niebieskich, takich jak Księżyc. Na ruch obrotowy wpływa też globalne ocieplenie, gdyż topnienie śniegu i lodu na wyżej położonych obszarach przyczynia się do przyspieszenia ruchu obrotowego. « 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

Naukowcy z Polski, USA i Niemiec uważają, że można wykorzystać globalną sieć czujników kwantowych oraz zegary atomowe systemu GPS do rejestrowania hipotetycznych egzotycznych pól o niskiej masie (ELF), sygnałów pochodzących z łączenia się czarnych dziur i innych gwałtownych wydarzeń astronomicznych. Wykrycie takich sygnałów dawałoby istotny wgląd w fizykę wykraczającą poza Model Standardowy. Andrei Derevianko z University of Nevada i jego zespół, w pracach którego udział bierze Szymon Pustelny z Uniwersytet Jagiellońskiego, opublikowali pracę, w której wyliczają właściwości ELF i mówią gdzie oraz jak ich szukać. Astronomia wielokanałowa (multimessenger astronomy), to skoordynowane obserwacje różnych sygnałów pochodzących z tego samego źródła. Obserwacje takie zapewniają duże bogactwo danych na temat procesów astrofizycznych. Dotychczas astronomia wielokanałowa odbierała skorelowane sygnały ze znanych oddziaływań podstawowych i standardowych cząstek, jak promieniowanie elektromagnetyczne, neutrina czy fale grawitacyjne. Jednak wielu autorów sugeruje, że istnieją egzotyczne pola o niskiej masie ( <-2), czytamy w pracy opublikowanej na łamach Nature. W naszej pracy wykażemy, że sieć precyzyjnych czujników kwantowych, które są izolowane od wpływu konwencjonalnych sygnałów fizycznych, może być potężnym narzędziem astronomii wielokanałowej. Rozważamy tutaj sytuację, w której wysokoenergetyczne wydarzenia astrofizyczne wywołują intensywne rozbłyski egzotycznych pól o niskiej masie (ELF) i proponujemy nowy model wykrywania ELF bazujący na generalnych założeniach. Wyliczamy tutaj amplitudy sygnałów EFL, opóźnienia, częstotliwości i odległości od źródeł fal grawitacyjnych, które to sygnały mogą zostać zarejestrowane przez globalną sieć magnetometrów i zegarów atomowych. Stwierdziliśmy, że sieci takich urządzeń mogą działać jak teleskopy ELF, wykrywając sygnały ze źródeł, które generują ELF. Czarne dziury i gwiazdy neutronowe mają silne pola grawitacyjne, zatem można przypuszczać, że przyciągają ciemną materię. Wiele rozszerzeń Modelu Standardowego sugeruje, że wokół wielkich masywnych obiektów astrofizycznych, jak czarne dziury, mogą gromadzić się ELF. Gdy czarne dziury się łączą i dochodzi do uwolnienia olbrzymich ilości energii, część z tych ELF może zostać rozerwana i wyrzucona w kierunku Ziemi. Możemy więc spróbować je wykryć i badać. Jednak sposób badania ELF będzie zależał od ich natury. Derevianko uważa, że jedną z metod może być wykorzystanie zegarów atomowych. ELF mogą wpłynąć na odległości pomiędzy powłokami elektronowymi, co wpłynie na częstotliwość pracy zegara atomowego. Globalna sieć zegarów atomowych już istnieje. Urządzenia takie mają na pokładzie satelity systemu GPS. Można by ją więc wykorzystać do wykrywania ELF, których źródło znajduje się w dowolnym miejscu obserwowalnego wszechświata. Jest jeszcze inna możliwość obserwacji ELF. Naukowcy przypuszczają, że pola te mogą wchodzić w interakcje ze spinami atomów, zatem mogą być wykrywane przez magnetometry. Global Network of Optical Magnetometers for Exotic physics (GNOME) to sieć 13 stacji rozsianych na 4 kontynentach. Co prawda, jak zauważa Derevianko, obecnie magnetometry te nie są wystarczająco czułe, by wykryć ELF, ale w przyszłości mogą osiągnąć wymaganą czułość, gdyż są ciągle udoskonalane. Uczeni nie znają dokładnej natury sygnałów pochodzących z ELF, w końcu samo istnienie pól jest jedynie hipotezą, jednak przewidują niektóre z ich właściwości. Ich zdaniem cząstki będące nośnikami sygnału mają dużą energię i bardzo niską masę. W związku z tym przemieszczają się niemal z prędkością światła. Co więcej, uważają, że jako pierwsze dotrą do nas elementy o wysokiej częstotliwości. To zaś będzie zapowiedzią impulsu, który trafi na Ziemię wkrótce po dotarciu fal grawitacyjnych. Zdaniem zespołu Derevianko, naukowcy mogą szukać ELF w wydarzeniach, którym nie towarzyszy fala grawitacyjna, np. w wybuchach supernowych. A jeśli np. uda się znaleźć w zegarach atomowych systemu GPS ślady ELF pochodzących z połączenia czarnych dziur, to można przeanalizować dane historyczne, sprzed okresu, gdy byliśmy w stanie wykrywać fale grawitacyjne. « powrót do artykułu