Эпоха точности: атомы, часы и статистика

Способность точно измерить время до секунды лежит в основе множества высоких технологий.

Самой известной из них является система глобального позиционирования или GPS. В статье, принятой для публикации в издании Review of Scientific Instruments, исследователь из Национального института стандартов и технологий и Колорадского университета в Болдере рассуждает, как достижение стабильных и скоординированных глобальных измерений времени требует большего, чем просто самые точные часы в мире. Для этого потребуется около 400 атомных часов, работающих в унисон.

По словам исследователя, однако, подсчет среднего времени множеством часов одновременно может оказаться трудным делом. Необходимы сложные статистические данные для достижения максимальной точности. Эти статистические вычисления крайне необходимы, чтобы помочь противостоять одной из самых важных проблем в ведении и согласовании времени — в распределении данных без ухудшения работы исходных часов.

Все атомные часы работают в основном одни и тем же способом, сравнивая электрический генератор (устройство, разработанное для ведения времени) с переходной частотой атома (один из природных внутренних хранителей времени). Этот атомный переход — щелчок в спине в наиболее удаленном электроне атома — предсказуем с точностью до нескольких долей на 10 септильонов. Подобная точность пригодилась бы в любом процессе, будь то проектирование или угловые измерения, для которых необходим тахеометр leica.

Сравнение естественных и спроектированных сигналов производит невероятно стабильное «тиканье» атомных часов. Тогда используются несколько алгоритмов для оценки времени справочных часов относительно всех часов. Эти вычисления максимально удаляют погрешности вычислений и устанавливают надежное время.

Ученый отмечает, что у каждого из описанных статистических шагов есть свои сильные и слабые места, однако их можно до некоторой степени нейтрализовать, включив также ретроспективные данные. Так в целом, определение текущего времени полагается на понимание того, насколько точно ученые были способны вычислить время в прошлом. Даже следующее поколение атомных часов и частотных стандартов вряд ли избавит от необходимости использовать эти временные алгоритмы. Однако точная синхронизация времени чрезвычайно важна для всех государств, что упрощает международное взаимодействие в таких областях как навигация, телекоммуникации и распределение электроэнергии.

02.02.2012