Atoomklokken en de NTP-server gebruiken kwantummechanica om de tijd te voorspellen
Gepost door Stuart on December 11th, 2008
Het vertellen van de tijd is niet zo eenvoudig als de meeste mensen denken. In feite de vraag, 'wat is de tijd?' is een vraag die zelfs de moderne wetenschap niet kan beantwoorden. De tijd is volgens Einstein relatief; het is veranderingen doorgeven voor verschillende waarnemers, beïnvloed door dingen als snelheid en zwaartekracht.
Zelfs als we allemaal op dezelfde planeet leven en het verstrijken van de tijd op een vergelijkbare manier ervaren, kan het steeds moeilijker worden om de tijd te vertellen. Onze oorspronkelijke methode om de rotatie van de aarde te gebruiken, is sindsdien onnauwkeurig bevonden omdat de zwaartekracht van de maan ervoor zorgt dat sommige dagen langer zijn dan 24 uur en een paar korter. In feite, toen de vroege dinosaurussen door de aarde zwierven, was een dag slechts 22 uren lang!
Hoewel mechanische en elektronische klokken ons een zekere nauwkeurigheid hebben verschaft, hebben onze moderne technologieën veel nauwkeuriger tijdmetingen vereist. GPS, internethandel en luchtverkeersleiding zijn slechts drie bedrijfstakken verdeeld. De tweede timing is ongelooflijk belangrijk.
Dus hoe houden we de tijd bij? Het gebruik van de rotatie van de aarde is onbetrouwbaar gebleken, terwijl elektrische oscillatoren (kwartsklokken) en mechanische klokken slechts tot op een seconde of twee per dag nauwkeurig zijn. Helaas voor veel van onze technologieën kan een tweede onnauwkeurigheid veel te lang zijn. Bij satellietnavigatie kan het licht 300,000 km afleggen in iets meer dan een seconde, waardoor de gemiddelde sat-nav-eenheid nutteloos is als er één seconde onnauwkeurigheid was.
De oplossing voor het vinden van een nauwkeurige methode om tijd te meten, was het onderzoeken van de zeer kleine - kwantummechanica. Kwantummechanica is de studie van het atoom en zijn eigenschappen en hoe deze op elkaar inwerken. Er werd ontdekt dat elektronen, de kleine deeltjes die baanatomen zijn, het pad veranderden dat ze omlopen en een precieze hoeveelheid energie vrijgeven wanneer ze dat doen.
In het geval van het cesiumatoom gebeurt dit bijna negen miljard keer per seconde en dit aantal verandert nooit en kan dus worden gebruikt als een uiterst betrouwbare methode om de tijd bij te houden. Cesium-atomen zijn din-atoomklokken en in feite is de tweede nu gedefinieerd als iets meer dan 9 miljard cycli van straling van het cesiumatoom.
Atoomklokken zijn de basis voor veel van onze technologieën. De hele wereldeconomie vertrouwt erop met de tijd gerelayeerd door NTP tijdservers op computernetwerken of gestraald door GPS-satellieten; ervoor zorgen dat de hele wereld dezelfde, nauwkeurige en stabiele tijd behoudt.
Een officiële wereldwijde tijdschaal, Coordinated Universal Time (UTC), is ontwikkeld dankzij de atoomklokken waarmee de hele wereld tegelijkertijd binnen enkele duizendsten van een seconde van elkaar kan lopen.
Dit bericht is geschreven door Stuart
