Van satellietnavigatie naar de NTP tijdserver, atoomklokken worden over de hele wereld gebruikt.

We zijn allemaal gewend aan onze horloges en klokken die een minuut of twee snel of langzaam lopen. De vreemde minuut heeft echter niet te veel invloed op ons leven en we kunnen ons redden. Voor sommige technologieën en toepassingen is echter een veel grotere nauwkeurigheid vereist. Atoomklokken zijn de meest nauwkeurige tijdmeetapparaten op aarde. Ze zijn meer dan vijftig jaar geleden uitgevonden toen ontdekt werd dat de oscillaties van bepaalde atomen met bepaalde energieniveaus nooit veranderden en trilden met zo'n hoge frequentie (meer dan 9 biljoen keer per seconde voor cesium).

Moderne atoomklokken zijn zo nauwkeurig dat ze niet zoveel verliezen als een seconde in 100 miljoen jaar, maar wie op aarde zou zo'n nauwkeurigheid nodig hebben? Atoomklokken vormen de basis voor vele moderne toepassingen en technologieën en hebben ook bijgedragen aan ons begrip van het fysieke universum.

Atoomklokken vormen de basis van het GPS-satellietnavigatiesysteem dat we in onze auto's gebruiken. De signalen van de atoomklokken aan boord van de satellieten zijn wat wordt gebruikt om nauwkeurige positionering te trianguleren. Het kan alleen worden gedaan vanwege de zeer precieze aard van de tijdsignalen. Een onnauwkeurigheid van één seconde van een GPS klok kon posingsinformatie door 100,000 km bekijken omdat licht in deze tijd zo ver kan reizen.

Atoomklokken zijn ook gebruikt als een methode voor het testen van theorieën door Einstein en anderen. Met behulp van atoomklokken kunnen we nauwkeurig de zwaartekracht meten en de manier waarop het de tijd beïnvloedt. Moderne klokken zijn zo nauwkeurig dat wetenschappers zelfs het verschil in zwaartekracht (en dus de tijd) kunnen meten op elke volgende centimeter boven het aardoppervlak. Ze kunnen ook worden gebruikt voor het meten van langzaam bewegende processen zoals continentale drift of de kleine veranderingen in de rotatie van de aarde.

Andere toepassingen waarbij nauwkeurigheid essentieel is, zijn ook afhankelijk van atoomklokken, zoals de luchtverkeersleiding, waar de precieze aard een veilige bewaking van het luchtverkeer mogelijk maakt. Verkeerssystemen zoals verkeerslichten worden steeds meer tijdservers gebruiken aangesloten op atoomklokken voor een perfecte synchonisatie. Zelfs internet is afhankelijk van atoomklokken, met name wanneer het wordt gebruikt voor tijdgevoelige transacties zoals bankieren, aandelen en aandelen verhandelen en zelfs online stoelreserveringen. Zonder nauwkeurigheid in de tijd zouden applicaties zoals deze niet mogelijk zijn, omdat er te veel fouten zouden kunnen optreden, zoals dubbel geboekte stoelen, aandelen die verkocht zijn voordat ze werden gekocht.

Computer netwerken synchroniseren met atoomklokken door gebruik te maken van netwerktijdservers. Vaak gebruiken deze apparaten de protocol NTP en ontvang de atoomkloktijd van het GPS-systeem of een radiotransmissie. NTP-tijdservers bewaken en passen alle klokken op apparaten op een computernetwerk aan de atoomkloktijd aan.

De NTP-tijdserver is een veel verkeerd begrepen apparaat. Het zijn vrij eenvoudige apparaten in de zin dat ze worden gebruikt voor de doeleinden van tijdsynchronisatie, het ontvangen van een externe bron van de tijd die vervolgens wordt verspreid over een computernetwerk met behulp van NTP (Network Time Protocol).

Echter, met een groot aantal 'gratis' tijdservers op het internet nemen veel netwerkbeheerders de beslissing dat NTP-tijdservers geen noodzakelijke apparatuur zijn en dat hun netwerk dit zonder kan. Er zijn echter een groot aantal valkuilen bij het vertrouwen op internet als een tijdreferentie; Microsoft en het Amerikaanse natuurkundig laboratorium NIST (National Institute of Standards and Time) ten zeerste aanbevolen externe NTP-tijdservers in plaats van internetproviders.

Dit is wat Microsoft zegt:
"We raden u ten zeerste aan de gemachtigde tijdserver te configureren om de tijd van een hardwarebron te verzamelen. Wanneer u de gezaghebbende Tijdserver om te synchroniseren met een internettijdbron, is er geen authenticatie. "

Verificatie is een beveiligingsmaatregel die wordt geïmplementeerd door NTP om ervoor te zorgen dat het tijdsignaal dat wordt verzonden, afkomstig is van waaruit het claimt afkomstig te zijn. Met andere woorden, authenticatie is de eerste verdedigingslinie bij het beschermen tegen kwaadwillende gebruikers. Er zijn ook andere beveiligingsproblemen bij het gebruik van internet als een tijdbron, aangezien voor communicatie met een internettijdbron de TCP / IP-poort moet worden opengelaten in de firewall, die ook kan worden gemanipuleerd door kwaadwillende gebruikers.

NIST herkent ook de belang van NTP tijdserver systemen voor preventie en detectie van beveiligingsbedreigingen in hun Gids voor Computerbeveiliging Logbeheer stellen ze voor:
"Organisaties dienen waar mogelijk tijdchronisatiesoftware zoals Network Time Protocol (NTP) -servers te gebruiken om klokken in logbestandsbronnen consistent te houden."

tijdsynchronisatie is cruciaal voor veel van de applicaties die we tegenwoordig op internet doen; internetbankieren, online reserveren en zelfs online veilingen vereisen allemaal netwerktijdsynchronisatie.

Als u er niet zeker van bent dat hun servers voldoende gesynchroniseerd zijn, betekent dit dat veel van deze toepassingen onmogelijk te bereiken zijn; stoelreserveringen kunnen meer dan eens worden verkocht, lagere biedingen kunnen internetveilingen winnen en het zou mogelijk zijn om levensverzekeringen van de bank twee keer in te trekken als ze niet over voldoende synchronisatie beschikken (goed voor u, niet voor de bank).

Zelfs computernetwerken die op het eerste gezicht niet afhankelijk zijn van tijdgevoelige transacties moeten ook adequaat worden gesynchroniseerd, omdat het bijna onmogelijk kan zijn om fouten op te sporen of het systeem te beschermen tegen kwaadwillende aanvallen als de tijdstempels verschillen op verschillende machines in het netwerk. .

Veel organisaties kiezen ervoor om te gebruiken internet tijdservers als een bron van UTC (Coordinated Universal Time) - de atomaire klok bestuurde globale tijdschaal. Hoewel er veel beveiligingsproblemen zijn, zoals een gat achterlaten in de firewall om te communiceren met de tijdserver en geen verificatie hebben voor het tijdssynchronisatieprotocol NTP (Network Time Protocol).

Door te zeggen dat veel netwerkbeheerders nog steeds kiezen voor online tijdservers als UTC-bron, ongeacht de beveiligingsimplicaties, hoewel er andere zaken zijn waar beheerders zich bewust van moeten zijn. Op internet zijn er twee soorten tijdserver: stratum 1 en stratum 2. Stratum 1-servers ontvangen een tijdsignaal rechtstreeks van een atoomklok, terwijl stratum 2-servers een tijdsignaal ontvangen van een stratum 1-server. De meeste internet stratum 1-servers zijn gesloten - niet beschikbaar voor de meeste beheerders en er kan een tekort aan nauwkeurigheid zijn bij het gebruik van een stratum 2-server.

Voor de meest nauwkeurige, veilige en nauwkeurige timinginformatie externe NTP-tijdservers zijn de beste optie, omdat dit stratum 1-apparaten zijn die honderden machines op een netwerk kunnen synchroniseren met exact dezelfde UTC-tijd.

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.

Naar aanleiding van het succes van Deense onderzoekers die in samenwerking met NIST (National Institute for Standards and Time), die eerder dit jaar 's werelds meest nauwkeurige atoomklok onthulde; Duitse wetenschappers zijn de race ingegaan om 's werelds meest precieze uurwerk te bouwen.

Onderzoekers aan de Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) in Duitsland gebruiken nieuwe methoden van spectroscopie om atomaire en moleculaire systemen te onderzoeken en hopen een klok te ontwikkelen die gebaseerd is op een enkel aluminiumatoom.

bridge atoomklokken gebruikt voor satellietnavigatie (GPS), als referentie voor computernetwerken NTP-servers en de luchtverkeersleiding is van oudsher gebaseerd op het atoom cesium. De volgende generatie atoomklokken, zoals degene die door NIST wordt onthuld en waarvan wordt beweerd dat deze binnen een seconde om de miljoen jaar 300 nauwkeurig is, gebruikt de atomen van andere materialen zoals strontium waarvan wetenschappers beweren dat ze potentieel nauwkeuriger zijn dan cesium .

Onderzoekers bij PTB hebben ervoor gekozen om enkelvoudige aluminiumatomen te gebruiken en geloven dat ze op weg zijn om de meest nauwkeurige klok ooit te ontwikkelen en geloven dat er een enorm potentieel is voor een dergelijk apparaat om ons te helpen de ingewikkelder aspecten van de natuurkunde te begrijpen.

Het huidige gewas van atoomklokken maakt het mogelijk technologieën zoals satellietnavigatie, luchtverkeersleiding en netwerktijdsynchronisatie te gebruiken NTP-servers maar men gelooft dat de toenemende nauwkeurigheid van de volgende generatie atoomklokken kan worden gebruikt om enkele van de meer raadselachtige kwaliteiten van de kwantumwetenschap, zoals de snaartheorie, te onthullen.

Onderzoekers beweren dat de nieuwe klokken zo nauwkeurig zijn dat ze zelfs de kleine verschillen in zwaartekracht kunnen meten tot op elke centimeter boven zeeniveau.

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.

Chronologie - de studie van de tijd - heeft wetenschap en technologie een aantal ongelooflijke innovaties en mogelijkheden geboden. Van atoomklokken, NTP-servers en het GPS-systeem, ware en nauwkeurige chronologie heeft de vorm van de wereld veranderd.

De tijd en de manier waarop het wordt geteld, is sinds de vroegste beschavingen een preoccupatie van de mensheid geweest. Vroegere chronologen spenderen hun tijd aan het maken van kalenders, maar dit blijkt ingewikkelder te zijn dan eerst werd gedacht, vooral omdat de aarde een kwart dag meer nodig heeft dan 365-dagen om in de zon te cirkelen.

Het vaststellen van het juiste aantal schrikkeldagen was een van de eerste uitdagingen en het duurde verschillende pogingen tot kalenders totdat de moderne Gregoriaanse kalender door de wereld werd aangenomen.

Als het ging om het monitoren van de tijd op een kleiner niveau, zijn er grote vorderingen gemaakt door Galileo Galilei wie zou de eerste slingerklok hebben gebouwd als alleen zijn dood zijn plannen niet had onderbroken. Pendels werden uiteindelijk uitgevonden door Christiaan Huygens en voorzag in de eerste echte glimp van het nauwkeurig monitoren van de tijd gedurende de dag.

De volgende stappen in de chronologie konden echter niet plaatsvinden voordat we de tijd zelf beter begrepen hadden. Newton (Sir Isaac) had de eerste ideeën en was van mening dat de tijd absoluut was "en gelijkmatig" zou vloeien voor alle waarnemers. Dit zou een voor de hand liggend idee zijn geweest voor Newton, omdat velen van ons de tijd als onveranderlijk beschouwen, maar dat was het wel Einstein in zijn speciale relativiteitstheorie die suggereerde dat de tijd eigenlijk geen constante was en voor alle waarnemers verschilde.

Het waren de ideeën van Einstein die correct bleken te zijn en zijn model van tijd en ruimte maakte de weg vrij voor veel van de moderne technologieën die we tegenwoordig als vanzelfsprekend beschouwen, zoals de atoomklok.

De chronologie stopt daar echter niet, tijdwaarnemers zijn voortdurend op zoek naar manieren om de nauwkeurigheid te vergroten met moderne atoomklokken, zo precies dat ze geen seconde zouden verliezen in miljoenen jaren.

Er zijn ook andere opmerkelijke cijfers in de moderne wereld van de chronologie. Professor David Mills van de Universiteit van Delaware bedacht een protocol in de 1980's om computernetwerken te synchroniseren.

Zijn Network Time Protocol (NTP) wordt nu gebruikt in computersystemen en netwerken over de hele wereld NTP tijdservers. Een NTP-server zorgt ervoor dat computers aan weerszijden van de aarde exact dezelfde tijd kunnen draaien.

Het is een van 's werelds meest iconische grondmerken. Met trots trots op de Houses of Parliament, viert de Big Ben zijn 150th-verjaardag. Toch ondanks het leven in een tijdperk van atoomklokken en NTP tijdservers, het is een van de meest gebruikte uurwerken ter wereld met honderdduizenden Londenaren die op hun klokkenspel vertrouwen om hun horloges in te stellen.

Big Ben is eigenlijk de naam van de hoofdbel in de klok die het kwartier per uur laat klinken, maar de bel begon niet te klinken toen de klok voor het eerst werd gebouwd. De klok begon de tijd op 31 May 1859 te houden, terwijl de bel pas in juli 11 voor de eerste keer toesloeg.

Sommigen beweren dat de bel van twaalf ton is vernoemd Sir Benjamin Hall de hoofdcommissaris van de werken die aan het klokkenproject werkte (en waarvan gezegd werd dat het een man van grote omvang was). Anderen beweren dat de bel is vernoemd naar zwaargewicht bokser Ben Caunt die vocht onder de naam Big Ben.

Het vijftonige klokmechanisme werkt als een gigantisch polshorloge en wordt driemaal per week opgewonden. Zijn nauwkeurigheid als hij wordt afgestemd door oude centen toe te voegen of te verwijderen op de slinger die vrij ver verwijderd is van de nauwkeurigheid die moderne atoomklokken en NTP-server systemen genereren met bijna nanoseconde precisie.

Terwijl Big Ben door tienduizenden Londenaren wordt vertrouwd om nauwkeurige tijd te bieden, wordt de moderne atoomklok dagelijks door miljoenen mensen gebruikt zonder het te beseffen. Atoomklokken vormen de basis voor de GPS-satellietnavigatiesystemen die we in onze auto's hebben. Ook houden ze het internet gesynchroniseerd via de NTP tijdserver (Network Time Protocol).

Elk computernetwerk kan met een atoomklok worden gesynchroniseerd met behulp van een toegewezen NTP-server. Deze apparaten ontvangen de tijd van een atoomklok, hetzij via het GPS-systeem of gespecialiseerde radio-uitzendingen.

Kernwapens, computers, GPS, atoomklokken en koolstof datering - er is veel meer aan atomen dan je denkt.

Sinds het begin van de twintigste eeuw is de mensheid geobsedeerd door atomen en de kleinigheden van ons universum. Een groot deel van het eerste deel van de vorige eeuw, werd de mensheid geobsedeerd door het benutten van de verborgen kracht van het atoom, onthuld door het werk van Albert Einstein en gefinaliseerd door Robert Oppenheimer.

Er was echter veel meer aan onze verkenning van het atoom dan alleen maar wapens. Het bestuderen van de atomen (kwantummechanica) heeft de basis gevormd van de meeste van onze moderne technologieën zoals computers en internet. Het staat ook in de voorhoede van chronologie - het meten van tijd.

Het atoom speelt een sleutelrol in zowel tijdwaarneming als tijdsvoorspelling. De atoomklok, die over de hele wereld wordt gebruikt door computernetwerken met NTP-servers en andere technische systemen zoals luchtverkeersleiding en satellietnavigatie.

Atoomklokken werken door het bewaken van de extreem hoge frequentie-oscillaties van individuele atomen (traditioneel cesium) die nooit veranderen bij bepaalde energietoestanden. Omdat cesiumatomen elke 9 een miljard keer resoneren en nooit de frequentie ervan veranderen, is de m zeer nauwkeurig (minder dan een seconde per 100 miljoen jaar)

Maar atomen kunnen ook worden gebruikt om niet alleen nauwkeurige en precieze tijd uit te rekenen, maar ze kunnen ook worden gebruikt bij het vaststellen van de ouderdom van objecten. Koolstofdatering is de naam die wordt gegeven aan deze methode die het natuurlijke verval van koolstofatomen meet. We zijn allemaal in de eerste plaats gemaakt van koolstof en net als andere elementen vervaagt koolstof in de loop van de tijd, waarbij de atomen energie verliezen door het uitzenden van ioniserende deeltjes en straling.

In sommige atomen zoals uranium gebeurt dit zeer snel, maar andere atomen zoals ijzer zijn zeer stabiel en vervallen zeer, zeer langzaam. Koolstof, terwijl het sneller sterft dan ijzer, is nog steeds traag om energie te verliezen, maar het energieverlies is exact in de tijd, dus door het analyseren van koolstofatomen en het meten van hun sterkte kan vrij nauwkeurig worden vastgesteld wanneer de koolstof oorspronkelijk is gevormd.

volgend recente mediaberichten over het gebrek aan investeringen in het wereldwijde satellietnavigatiesysteem van de VS - GPS (Global Positioning System) en het mogelijke falen van navigatorontvangers in de afgelopen jaren, willen tijdsynchronisatiespecialisten, Galleon Systems, al hun klanten verzekeren dat de GPS niet werkt netwerk heeft geen invloed op de huidige GPS NTP tijdservers.

Recente mediaberichten na een onderzoek door het verantwoordingsbureau van de Amerikaanse overheid (GAO), dat wanbeheer en een gebrek aan investeringen concludeerde, betekenden dat het huidige aantal operationele 31-satellieten soms onder 24 kan zakken in 2011 en 2012, wat de nauwkeurigheid ervan zou belemmeren.

De UK's National Physical Laboratory zijn ervan overtuigd dat potentiële problemen van de GPS-navigatiefaciliteiten geen invloed hebben op de timinginformatie die wordt gebruikt door GPS NTP-servers.

Een woordvoerder van het National Physical Laboratory in het Verenigd Koninkrijk heeft bevestigd dat timinginformatie niet beïnvloed mag worden door mogelijke toekomstige satellietstoringen.

"Er wordt geschat dat er een 20% -risico is dat in 2011-2012 het aantal satellieten in de GPS-constellatie soms onder 24 zou kunnen dalen.

"Als dat zou gebeuren, zou de positienauwkeurigheid van GPS-ontvangers in sommige perioden enigszins kunnen verminderen, en in bepaalde gevallen kan het langer duren voordat een fix op sommige locaties wordt hersteld wanneer deze voor het eerst wordt ingeschakeld. Maar zelfs dan zou het effect een degradatie van de prestaties betekenen in plaats van het volledig uitvallen van de werking.

"Het is onwaarschijnlijk dat een GPS-timingontvanger aanzienlijk wordt beïnvloed, omdat elke satelliet die hij waarneemt nadat hij zijn positie heeft bepaald wanneer hij wordt ingeschakeld, voorziet van nuttige timinginformatie. Een kleine vermindering van het aantal satellieten in beeld mag de prestaties niet veel verminderen. "