Nauwkeurige tijd is belangrijk voor veel organisaties, maar het bijhouden van precieze tijd op school, kantoor of bedrijf kan een uitdaging zijn. Standaardklokken zijn niet zo betrouwbaar als de meeste mensen denken. Vaak zullen op batterijen werkende kwartsklokken afdrijven, soms met enkele minuten per week, wat de tijdwaarneming van mensen beïnvloedt. (Meer ...)

Netwerktijd Protocol (NTP) wordt door de meeste computernetwerken als synchronisatietool gebruikt. NTP distribueert een bron met één tijd rond een netwerk en zorgt ervoor dat alle apparaten synchroon daarmee werken. NTP is zeer nauwkeurig en in staat om alle machines binnen een paar milliseconden van de tijdbron op een netwerk te houden. Waar deze tijdbron vandaan komt, kan echter leiden tot problemen in tijdsynchronisatie binnen een netwerk. (Meer ...)

De meesten van ons denken dat we weten hoe laat het is. In één oogopslag van onze polshorloges of wandklokken, we kunnen zien hoe laat het is. We denken ook dat we een redelijk goed idee hebben van de snelheidsverplaatsingen naar voren, een seconde, een minuut, een uur of een dag zijn vrij goed gedefinieerd; deze tijdseenheden zijn echter volledig door mensen gemaakt en zijn niet zo constant als we misschien denken.

Tijd is een abstract concept, terwijl we kunnen denken dat het voor iedereen hetzelfde is, de tijd wordt beïnvloed door de interactie met het universum. De zwaartekracht heeft bijvoorbeeld, zoals Einstein opmerkte, het vermogen om ruimte-tijd te vervormen en de snelheid waarmee de tijd verstrijkt te veranderen, en terwijl we allemaal op dezelfde planeet leven, onder dezelfde zwaartekracht, zijn er subtiele verschillen in de snelheid waarmee tijd verstrijkt.

Met behulp van atoomklokken kunnen wetenschappers vaststellen welk effect de zwaartekracht van de aarde heeft op tijd. De hoogte boven zeeniveau waarop een atoomklok is geplaatst, des te sneller reist de tijd. Hoewel deze verschillen klein zijn, laten deze experimenten duidelijk zien dat de postulaties van Einstein correct waren.

Atoomklokken zijn gebruikt om enkele van Einstein's andere theorieën over tijd ook te demonstreren. In zijn relativiteitstheorieën beweerde Einstein dat snelheid een andere factor is die van invloed is op de snelheid waarmee de tijd verstrijkt. Door atoomklokken te plaatsen op een baan rond ruimtevaartuigen of vliegtuigen die met snelheid reizen, verschilt de tijd gemeten door deze klokken naar klokken die statisch op aarde achterblijven, een andere indicatie dat Einstein gelijk had.

Voor atoomklokken was het onmogelijk om de tijd te meten met dergelijke nauwkeurigheidsniveaus, maar sinds hun uitvinding in de 1950's hebben niet alleen de beweringen van Einstein gelijk, maar we hebben ook enkele andere ongebruikelijke aspecten ontdekt van hoe we de tijd beschouwen.

Terwijl de meesten van ons een dag als 24-uren beschouwen, met elke dag dezelfde lengte, hebben atoomklokken aangetoond dat elke dag varieert. Voorts atoomklokken hebben ook aangetoond dat de rotatie van de aarde geleidelijk vertraagt, wat betekent dat de dagen langzaam langer worden.

Vanwege deze veranderingen in tijd, de wereldwijde tijdschaal van de wereld, heeft UTC (Coordinated Universal Time) af en toe aanpassingen nodig. Om de zes maanden of zo worden er schrikkelseconden toegevoegd om ervoor te zorgen dat UTC op dezelfde snelheid loopt als een dag op aarde, rekening houdend met de geleidelijke vertraging van de draaiing van de planeet.

Voor technologieën die een hoge mate van nauwkeurigheid vereisen, worden deze regelmatige aanpassingen van de tijd verantwoord door het tijdprotocol NTP (Network Time Protocol), zodat een computernetwerk met een NTP tijdserver wordt altijd trouw gehouden aan UTC.

De bouw van de klok, ontworpen om de tijd voor 10,000-jaren te vertellen, is aan de gang in Texas. De ingebouwde klok staat 60 meter lang en heeft een wijzerplaat van bijna drie meter breed.

Gebouwd door een non-profitorganisatie, de Long Now Foundation, wordt de klok zo gebouwd dat hij niet alleen nog in 10,000-jaren staat, maar ook nog steeds de tijd aangeeft.

Bestaand uit een 300kg-tandwiel en een 140kg-staalslinger, schakelt de klok om de tien seconden in en beschikt hij over een deurbelsysteem dat 3.65 miljoen unieke gongvariaties mogelijk maakt - voldoende voor 10,000-jarenlang gebruik.

Geïnspireerd door oude technische projecten uit het verleden, zoals de Grote Muur van China en de piramides-objecten die ontworpen zijn om lang mee te gaan, bevat het klokmechanisme ultramoderne materialen die geen smering van onderhoud vereisen.

Omdat het echter een mechanische klok is, zal de Long Now-klok niet erg nauwkeurig zijn en moet hij worden gereset om drift te voorkomen, anders representeert de tijd in 10,000-jaren niet de tijd op aarde.

Zelfs atoomklokken, 's werelds meest nauwkeurige klokken, hebben hulp nodig bij het voorkomen van drift, niet omdat de klokken zelf drift zijn - atoomklokken kunnen een 100 miljoen jaar nauwkeurig blijven tot een seconde, maar de rotatie van de aarde vertraagt.

Om de paar jaar wordt een extra seconde toegevoegd aan een dag. Deze schrikkelseconden die zijn ingevoegd in UTC (Coordinated Universal Time) voorkomen dat de tijdschaal en de beweging van de aarde uit elkaar drijven.

UTC is de wereldwijde tijdschaal die alle moderne technologieën regelt van satellietnavigatiesystemen, luchtverkeersleiding en zelfs computernetwerken.

Hoewel atoomklokken dure laboratorium-gebaseerde machines zijn, is het ontvangen van de tijd vanaf een atoomklok eenvoudig, waarbij slechts een NTP tijdserver (Network Time Protocol) dat huisartsen of radiofrequenties gebruikt om tijdsignalen op te pikken die worden verspreid door atoomklokbronnen. Geïnstalleerd op een netwerk, en NTP tijdserver kan apparaten binnen enkele milliseconden van elkaar en van UTC laten lopen.

Als je ooit hebt geprobeerd om de tijd bij te houden zonder een horloge of klok, zul je je realiseren hoe moeilijk het kan zijn. Over een paar uur kun je binnen een half uur van het juiste moment komen, maar precieze tijd is erg moeilijk te meten zonder een of andere vorm van chronologisch apparaat.

Vóór het gebruik van klokken was het bijhouden van de tijd ongelooflijk moeilijk en zelfs het verliezen van dagen uit de jaren werd gemakkelijk om te doen, tenzij je het dagelijks bijhoudt. Maar de ontwikkeling van nauwkeurige uurwerken duurde lang, maar er zijn verschillende belangrijke stappen in de chronologie geëvolueerd die steeds kortere tijdmetingen mogelijk maakten.

Vandaag, met het voordeel van atoomklokken, NTP-servers en GPS-kloksystemende tijd kan worden gevolgd tot binnen een miljardste van een seconde (nanoseconde), maar dit soort nauwkeurigheid heeft de mensheid duizenden jaren gekost om te volbrengen.

Stonehenge-oude tijdregistratie

Stonehenge

Omdat de prehistorische mens geen afspraken hoefde te houden of op tijd op het werk moest komen, had hij weinig behoefte aan het kennen van de tijd van de dag. Maar toen de landbouw begon, werd het essentieel om te weten wanneer je gewassen moest planten. De eerste chronologische apparaten zoals Stonehenge worden verondersteld te zijn gebouwd voor een dergelijk doel.

Het identificeren van de langste en kortste dagen van het jaar (zonnewendes) stelde vroege boeren in staat te berekenen wanneer ze hun gewassen moesten planten, en voorzag waarschijnlijk veel spirituele betekenis in dergelijke gebeurtenissen.

zonnewijzers

Het leverde de eerste pogingen om de tijd gedurende de dag bij te houden. De vroege mens besefte dat de zon op regelmatige paden door de hemel bewoog, zodat ze hem als een methode van chronologie gebruikten. Zonnewijzers kwamen in allerlei gedaanten, van obelisken die grote schaduwen werpen tot kleine sierzonnewijzers.

mechanische klok

De eerste echte poging om mechanische klokken te gebruiken verscheen in de dertiende eeuw. Deze gebruikte echappementmechanismen en gewichten om de tijd te houden, maar de nauwkeurigheid van deze vroege klokken betekende dat ze meer dan een uur per dag zouden verliezen.

Slingerklok

Klokken werden voor het eerst betrouwbaar en accuraat toen slingers in de zeventiende eeuw begonnen te verschijnen. Terwijl ze nog steeds zouden afdrijven, betekende het slingerend gewicht van slingers dat deze klokken de eerste minuten konden bijhouden, en vervolgens de seconden die door engineering werden ontwikkeld.

Elektronische klokken

Elektronische klokken met behulp van kwarts of andere mineralen maakten nauwkeurigheid van delen van een seconde mogelijk en maakten het mogelijk om nauwkeurige klokken op de grootte van het polshorloge in te stellen. Hoewel mechanische horloges bestonden, zouden ze te veel gaan drijven en moesten ze constant worden opgewonden. Met elektronische klokken werd voor de eerste keer echte probleemloze nauwkeurigheid bereikt.

Atomic Klokken

Het bijhouden van de tijd tot duizenden, miljoenen en zelfs miljard delen van een seconde kwam toen de eerste atoomklokken aangekomen in de 1950's. Atoomklokken waren zelfs nauwkeuriger dan de rotatie van de aarde, dus Leap Seconds moest worden ontwikkeld om ervoor te zorgen dat de wereldtijd op basis van atoomklokken, Coordinated Universal Time (UTC) overeenkomt met het pad van de zon in de lucht.

Wanneer je iemand vertelt dat je een uur, tien minuten of een dag zult zijn, hebben de meeste mensen een goed idee hoe lang ze moeten wachten; echter, niet iedereen heeft dezelfde perceptie van tijd, en in feite hebben sommige mensen helemaal geen waarneming van tijd!

Wetenschappers die een nieuw ontdekte Amazone-stam bestuderen, hebben ontdekt dat ze geen abstract begrip van tijd hebben, volgens nieuwsberichten.

De Amondawa, voor het eerst gecontacteerd door de buitenwereld in 1986, herkent tijdsveranderingen niet als een apart concept, maar mist de linguïstische structuren met betrekking tot tijd en ruimte.

De Amondawa hebben niet alleen geen taalkundig vermogen om de tijd te beschrijven, maar concepten zoals werken gedurende de nacht, zouden niet worden begrepen omdat tijd geen zin heeft in hun leven.

Terwijl de meesten van ons in de westerse wereld de neiging hebben om bij de klok te leven, hebben we allemaal in feite continu verschillende percepties van tijd. Ooit opgevallen hoe de tijd vliegt als je plezier hebt, of gaat het heel langzaam in tijden van verveling? Onze tijdspercepties kunnen sterk variëren, afhankelijk van de activiteiten die we ondernemen.

Jagerpiloten, Formule 1-coureurs en andere sporters praten vaak over "in de zone zijn", waar de tijd vertraagt. Dit komt door de intense concentratie die ze in hun inspanningen inbouwen, waardoor hun perceptie afneemt.

Ongeacht verschillende tijdspercepties, kan de tijd zelf veranderen zoals die van Einstein Speciale Relativiteitstheorie aangetoond. Einstein suggereerde dat de zwaartekracht en intense snelheden de tijd zullen veranderen, waarbij grote planetaire massa's ruimte-tijd vertragen die het vertraagt, terwijl bij zeer hoge snelheden (dicht bij de snelheid van het licht) ruimtevaarders een reis zouden kunnen maken die naar waarnemers duizenden zou lijken jaar, maar wees slechts enkele seconden voor diegenen die met dergelijke snelheden reizen.

En als de theorieën van Einstein vergezocht lijken, is het getest met behulp van ultra-nauwkeurige atoomklokken. Atoomklokken op vliegtuigen die rond de aarde reizen of die verder van de baan van de aarde zijn geplaatst, hebben minieme verschillen met die op zeeniveau of op de aarde.

Atoomklokken zijn nuttige hulpmiddelen voor moderne technologieën en helpen ervoor te zorgen dat de wereldwijde tijdschaal, Universal Coordinated Time (UTC), wordt zo accuraat en waar mogelijk bewaard. En je hoeft je eigen niet te bezitten, zorg ervoor dat je computernetwerk trouw blijft aan UTC en is verbonden met een atoomklok. NTP tijdservers schakel allerhande technologieën in om een ​​atoomkloksignaal te ontvangen en houd zo nauwkeurig mogelijk te houden. Je kunt zelfs kopen atoomklokwandklokken die u precies de tijd kan geven, ongeacht hoeveel de dag "sleept" of "vliegt".

Van polshorloges tot atoomklokken en NTP-tijdservers, het begrip van tijd is cruciaal geworden voor veel moderne technologieën zoals satellietnavigatie en wereldwijde communicatie.

Van tijd tot dilatatie tot de effecten van de zwaartekracht op tijd, de tijd heeft vele vreemde en prachtige facetten die wetenschappers pas beginnen te begrijpen en te gebruiken. Hier zijn enkele interessante, rare en ongewone feiten over de tijd:

• Tijd is niet gescheiden van ruimte, tijd maakt wat Einstein vierdimensionale ruimtetijd noemde. De ruimtetijd kan worden vervormd door de zwaartekracht, wat betekent dat de tijd vertraagt ​​naarmate de invloed van de zwaartekracht groter is. Dankzij atoomklokkende tijd op aarde kan worden gemeten op elke volgende centimeter boven het aardoppervlak. Dat betekent dat de voeten van elk lichaam jonger zijn dan hun hoofd als de tijd langzamer loopt, hoe lager de grond die je krijgt.

• Tijd wordt ook beïnvloed door snelheid. De enige constante in het universum is de snelheid van het licht (in een vacuüm) die altijd hetzelfde is. Vanwege de beroemde relativiteitstheorieën van Einstein, iedereen die tegen de snelheid van het licht reist, zou een reis naar een waarnemer die duizenden jaren had geduurd, binnen enkele seconden zijn verstreken. Dit wordt tijddilatatie genoemd.

• Er is niets in de hedendaagse natuurkunde dat tijdreizen zowel vooruit als achteruit in de tijd verbiedt.

• Er zijn 86400 seconden op een dag, 600,000 in een week, meer dan 2.6 miljoen in een maand en meer dan 31 miljoen in een jaar. Als je 70-jaar oud bent, dan zul je 5.5 miljard seconden hebben meegemaakt.

• Een nanoseconde is een miljardste van een seconde of ongeveer de tijd die het duurt voordat het licht zich verplaatst om 1-voet (30 cm).

• Een dag is nooit 24 uren lang. De rotatie van de aarde versnelt geleidelijk, wat betekent dat de globale tijdschaal UTC (gecoördineerde universele tijd) een of twee keer per jaar schrikkelseconden moet hebben. Deze schrikkelseconden worden automatisch verwerkt in elke kloksynchronisatie die wordt gebruikt NTP (Network Time Protocol) zoals a dedicated NTP tijdserver.

De 'sat-nav' heeft een revolutie teweeggebracht in de manier waarop we reizen. Van taxichauffeurs, koeriers en de gezinsauto tot vliegtuigen en tanks, satellietnavigatieapparatuur wordt nu in bijna elk voertuig gemonteerd als het van de productielijn komt. Hoewel GPS-systemen zeker hun gebreken hebben, hebben ze ook verschillende toepassingen. Navigatie is slechts een van de belangrijkste toepassingen van GPS, maar het wordt ook gebruikt als een bron van tijd voor GPS NTP-tijd servers.

Het kunnen lokaliseren van locaties in de ruimte heeft ontelbare levens gered en het reizen naar onbekende bestemmingen probleemloos. Satellietnavigatie is afhankelijk van een constellatie van satellieten die bekend staat als GNSS (Global Navigational Satellite Systems). Momenteel is er slechts één volledig functionerend GNSS in de wereld, dat is de Global Positioning System (GPS).

GPS is eigendom van en wordt gerund door het Amerikaanse leger. De satellieten zenden twee signalen uit, een voor het Amerikaanse leger en een voor civiel gebruik. Oorspronkelijk was GPS alleen bedoeld voor de Amerikaanse strijdkrachten, maar na een onopzettelijke neerschoot van een vliegtuig, opende de toenmalige president van de VS Ronald Reagan het GPS-systeem voor de wereldbevolking om toekomstige tragedies te voorkomen.

GPS heeft een constellatie van meer dan 30-satellieten. Op elk willekeurig moment zijn ten minste vier van deze satellieten overhead, wat het minimumaantal is dat vereist is voor nauwkeurige navigatie.

De GPS-satellieten hebben elk een atoomklok. Atoomklokken gebruiken de resonantie van een atoom (de trilling of frequentie bij bepaalde energietoestanden) waardoor ze zeer nauwkeurig zijn en niet meer dan een seconde in de loop van een miljoen jaar verloren gaan. Deze ongelooflijke precisie maakt satellietnavigatie mogelijk.

De satellieten zenden een signaal uit vanaf de klok aan boord. Dit signaal bestaat uit de tijd en de positie van de satelliet. Dit signaal wordt terug naar de aarde gestraald, waar de satellietnavigator van je auto het ophaalt. Door uit te zoeken hoe lang dit signaal duurde om de auto te bereiken en vier van deze signalen te trianguleren, zal de computer in uw GPS-systeem precies werken waar u bent op het gezicht van de wereld. (Vier signalen worden gebruikt vanwege hoogteverschillen - op een 'platte' aarde zijn er maar drie nodig).

GPS-systemen kan alleen werken vanwege de zeer nauwkeurige nauwkeurigheid van de atoomklokken. Omdat de signalen worden uitgezonden met de snelheid van het licht en de nauwkeurigheid zelfs een milliseconde (een duizendste van een seconde) zou de positioneringberekeningen met 100-kilometers kunnen veranderen, aangezien het licht bijna elke 100,00km kan afleggen - op dit moment zijn GPS-systemen nauwkeurig tot ongeveer vijf meter.

De atoomklokken aan boord van GPS-systemen worden ook niet alleen voor navigatie gebruikt. Omdat atoomklokken zijn zo nauwkeurig GPS is een goede bron van tijd. NTP-tijdservers gebruiken GPS signalen om computers netwerken te synchroniseren. Een NTP GPS-server ontvangt het tijdsignaal van de GPS-satelliet en converteert het vervolgens naar UTC (Coordinated Universal Time) en distribueer het naar alle apparaten op een netwerk met zeer nauwkeurige tijdsynchronisatie.

Het meten van het verstrijken van de tijd is een preoccupatie van de mens sinds het begin van de beschaving. Grofweg betekent het meten van tijd het gebruik van een bepaalde vorm van repetitieve cyclus om uit te rekenen hoeveel tijd er verstreken is. Traditioneel is deze repetitieve cyclus gebaseerd op de beweging van de hemelen, zoals een dag die een revolutie van de aarde is, een maand die een volledige baan van de aarde is door de maan en een jaar dat de baan van de aarde in de zon is.

Naarmate onze technologie vorderde, hebben we de tijd kunnen meten in kleinere en kleinere stappen van zonnewijzers waarmee we de uren konden tellen, mechanische klokken die ons de minuten lieten controleren, elektronische klokken die dat laten was voor de eerste keer nauwkeurig seconden opnemen in de huidige tijd leeftijd van atoomklokken waar de tijd kan worden gemeten tot de nanoseconde.

Met de vooruitgang in chronologie die heeft geleid tot technologieën zoals NTP klokken, tijdservers, atoomklokken, GPS-satellieten en moderne wereldwijde communicatie, komt met een ander raadsel: wanneer begint een dag en wanneer eindigt het.

De meeste mensen gaan ervan uit dat een dag 24 uren duurt en dat deze van middernacht tot middernacht duurt. Atoomklokken hebben ons echter onthuld dat een dag geen 24-uren is en in feite varieert de lengte van een dag (en neemt deze geleidelijk geleidelijk toe).

Nadat atoomklokken waren ontwikkeld, was er een oproep van veel sectoren om een ​​wereldwijde tijdschaal te bedenken. Een die de ultra gebruikt nauwkeurige aard van atoomklokken om het passeren te meten, maar ook een die rekening houdt met de rotatie van de aarde. Geen rekening houden met de variabele aard van de lengte van een dag zou betekenen dat elke statische tijdschaal uiteindelijk zou afdrijven en de dag langzaam naar de nacht zou afdrijven.

Om dit te compenseren, heeft de wereldwijde tijdschaal van de wereld, genaamd UTC (gecoördineerde universele tijd), extra seconden toegevoegd (schrikkelseconden) om ervoor te zorgen dat er geen afwijking is. UTC-tijd wordt in stand gehouden door een constellatie van atoomklokken en wordt gebruikt door modern technologieën zoals de NTP tijdserver wat ervoor zorgt dat computernetwerken allemaal exact dezelfde precieze tijd hebben.

Het vertellen van de tijd lijkt tegenwoordig een simpele aangelegenheid met het aantal apparaten dat de tijd aan ons laat zien en met de ongelooflijke nauwkeurigheid van apparaten zoals atoomklokken en netwerk tijdservers het is vrij gemakkelijk om te zien hoe chronologie als vanzelfsprekend wordt beschouwd.

De nanoseconde nauwkeurigheid die technologieën zoals het GPS-systeem, luchtverkeersleiding en NTP-server systemen (Network Time Protocol) is een lange weg verwijderd van de eerste keer dat stukken werden uitgevonden en werden aangedreven door de beweging van de zon over de hemel.

Zonnewijzers waren inderdaad de eerste echte klokken, maar ze hadden duidelijk hun nadelen - zoals niet werken in de nacht of bij bewolkt weer, maar in staat zijn om de tijd redelijk nauwkeurig te vertellen was een complete innovatie voor de beschaving en hielp voor meer gestructureerde samenlevingen.

Vertrouwen op hemellichamen om de tijd bij te houden zoals we dat al duizenden jaren doen, zou echter geen betrouwbare basis blijken te zijn voor het meten van de tijd, zoals werd ontdekt door de uitvinding van de atoomklok.

Vóór de atoomklokken hebben elektronische klokken de hoogste nauwkeurigheid geleverd. Deze werden uitgevonden rond de eeuwwisseling en hoewel ze vele malen betrouwbaarder waren dan mechanische klokken, dreven ze nog steeds en verloren ze elke week een seconde of twee.

Elektronische klokken werkten met behulp van de oscillaties (trillingen onder energie) van kristallen zoals kwarts, maar atoomklokken maken gebruik van de resonantie van individuele atomen zoals cesium, dat zo'n hoog aantal trillingen per seconde is, dat het ongelooflijk nauwkeurig maakt (moderne atoomklokken) daal niet elke 100 miljoen jaar met een seconde).

Toen dit soort tijdspellende nauwkeurigheid eenmaal ontdekt was, werd het duidelijk dat onze traditie om de rotatie van de aarde te gebruiken als een manier om de tijd te vertellen niet zo nauwkeurig was als deze atoomklokken. Dankzij hun nauwkeurigheid werd al snel ontdekt dat de rotatie van de aarde niet precies was en elke dag zou vertragen en versnellen (per minuut). Om dit te compenseren, is 's werelds wereldwijde UTC-tijdsschema (Coordinated Universal Time) heeft er één of twee keer per jaar extra seconden aan toegevoegd (Leap seconds).

Atoomklokken vormen de basis van UTC die door duizenden wordt gebruikt NTP-servers om computernetwerken te synchroniseren met.