Перший в світі атомний наручний годинник буде тримати час на вашому подорожі на Марс

Джон Паттерсон - скромний годинник у Кауаї, Гаваї, який протягом останніх п'яти років спокійно створює перші в світі атомні годинники для споживачів. Нехай пройде тисяча років, і ці годинники втратять лише секунду в точності. Візьміть його глибоко під водою, всередині пекла: Час продовжує тикати. Або, якщо ви відчуваєте авантюру, візьміть його в космос. Візьміть його на Марс.

Вона буде тримати час.

Паттерсон має кандидатську дисертацію. в неврології, але він виклав власну розумову силу у годиннику. Він керує своєю компанією, Батисом Гаваї, з свого будинку на Садовому острові. "Філософія завжди полягала в тому, що це не просто багатий хлопець, який заслуговує на гарний годинник", - розповідає він Обернено. Бати походить від грецького слова “ ват, "Що означає" глибокий "- буквально і в переносному сенсі. Хоча його годинник залишатиметься вірним на великих глибинах, його атомні годинники залишаться вірними на великих висотах. Висота Марса.

$ 200 млн. Гранту Агентства з передових дослідницьких проектів призвело до створення малого атомного чіпа всередині басейну Гавайського Цезію 133, пояснює Паттерсон. Але як тільки він виявив, що чіпи доступні для придбання, він схопив «старий годинник OMEGA», який він відклав у ящику, продав його на eBay, купив атомний чіп і - за допомогою одного-двох інших гавайців - потрапив на роботу.

Він знав, що він повинен використовувати атомні чіпи для їхнього найістотнішого покликання: годинник. Інтернаціональна секунда, врешті-решт, визначається цезієм: частота випромінювання - 9 192 631 770 Гц, яку вчені в 1950-х роках пов'язали з ефемеридним часом. У той час як інші годинники стають жертвами релятивістських ефектів на високих швидкостях, цезійні годинники не роблять. Частота залишається такою ж, і час залишається точним. Так що Паттерсон, чип-в-руку, потрапив на роботу. Незабаром у нього були функціональні, неймовірно точні наручні годинники; він взяв прототип до Kickstarter в 2014 році. За кілька днів він майже подвоїв мету залучення коштів.

Обернено розмовляв з Паттерсоном про технологію, що стоїть за годинником Cesium 133, про космічні подорожі і про те, як скоро ми отримаємо всі власні атомні годинники. (Підказка: Скоро. Але вони не можуть бути годинниками, як такої.)

Як працює цезій 133?

Це досить складно. Мало того, що ми повинні розробити годинник, використовуючи цей мікросхема, акумуляторну батарею і так далі, але нам також довелося розробити зовнішню базову станцію, що працює, щоб зарядити годинник. Але, головним чином, це працює, щоб максимально точно встановити годинник. Ці годинники можуть бути встановлені на рівні менше 100 наносекунд - це сто мільярдна частина секунди - до точного міжнародного стандартного часу для земної кулі. Після встановлення вони з точністю становлять одну секунду за тисячу років. Годинники, які знаходяться на вашому телефоні або комп'ютері, мають точність лише близько 200 мілісекунд. Це помилка, що ці годинники розвиваються за 200 років.

GPS зроблено! Це знижує точний імпульс часу, щоб встановити цезій 133 протягом 20 мільярдних частин секунди.

Фото, опубліковане Bathys Hawaii (@bathys_hawaii) на

Ми повинні були скопіювати те ж саме, що роблять військові, коли вони хочуть встановити один з своїх атомних годинників. Навіть приймачі GPS відключені на кілька сотень мілісекунд: Комп'ютер весь час проводить обробку даних про місцезнаходження, а не час. Таким чином, ми повинні були зробити наш власний блок GPS, який в основному зосереджується тільки на проходженні даних часу без будь-якої затримки взагалі. Він просто висмоктує його з космосу і відправляє його прямо на годинник без будь-якої затримки.

З того, що я розумію, цезієві годинники привабливі не тільки через їх точність, але й тому, що вони зберігають свою точність у багатьох умовах.

Так. Температура є великою справою в хронометражі. Таким чином, ви можете піднятися до 150 градусів за Цельсієм або до мінус 20 градусів Цельсія, і це залишається точним.

Як тільки ви встановите цей годинник точно, якщо ви підключите його до акселерометра, і компас, і внутрішні інерційні блоки у вашому телефоні - які в основному записують нахил, прискорення, і все таке інше - він може діяти як власний GPS, бути в контакті з GPS. Він може точно відстежувати ваше місце розташування до 10 сантиметрів на добу, протягом декількох місяців.

Є так багато можливих технологій, які можуть вирости з цього. Якщо ви є пожежником у Нью-Йорку і змушені кидатися в палаючий хмарочос, ви втратите свій GPS, так що ви не зможете повідомити свою позицію іншим пожежникам. Але якби всі синхронізували ці годинники, вони могли просто говорити про звичайні радіочастоти, і це могло б сказати їм, де вони були. Це не має значення, якщо вони знаходяться в печері, в палаючій будівлі або під водою: де б ви не могли отримати GPS, ви можете отримати своє місцезнаходження.

Або простір.

Або простір. Або в тунелі з автомашиною.

Чи могли ці годинники бути тим, що люди, які хотіли поїхати на Марс, могли б використовувати, щоб тримати час?

Спочатку, невелика сторона примітка: я був фактично на shortlist щоб бути у одному з Mars habitats. Один тут на Гаваях. Я дістався до самого остаточного відбору. Вони вибрали шість, і я був у фіналі 30. Я думаю, що я був занадто старий, і я радий, як пекло, що я цього не зробив. Вони тільки що вийшли днями, і тепер мені подобається, "я дуже радий, що це не я." Хлопець цілує свою дружину вперше за рік - я, як, "Ніякого пекла".

Регулярні годинники певною мірою працювали б у просторі. Кварцові годинники зберігатимуть час у космосі - це не так, як вона взагалі не працюватиме. Але існують релятивістські ефекти швидкого руху.

Якщо ваш GPS не враховує час подорожі до супутника, замість того, щоб знаходити вас на відстані шести або семи футів, як це робить ваш телефон зараз, він виходить на 35 кілометрів. Настільки важливо, що враховується релятивістський ефект. Швидкість світла і швидкість супутника настільки швидкі, що вона трохи змінює час.

Це дійсно легко пояснити, як працює цезій. В принципі, спосіб думати про те, що цезій майже як дзеркало. Якщо ви змусите його вібрувати на точну частоту, що дев'ять мільярдів циклів в секунду, вона діє як дзеркало. Яку б енергію ви не стріляли, вона відбивається на вас. На будь-якій іншій частоті, це схоже на чорний шматок оксамиту: він поглинає енергію. Право, коли він добирається до цієї точної частоти, і ви бомбардуєте її своєю мікрохвильовою піччю, всі раптово всі ваші мікрохвилі починають відскакувати назад. А це означає, що ви його прибили.

Це фізична характеристика цезію. Це не має нічого спільного з радіоактивним. Цезій подібний до ртуті, це майже рідина. Коли ви нагріваєте його, він перетворюється на газ. У маленькій клітці є маленький нагрівач, який нагріває газ, бомбардує його радіохвилями і шукає це відображення. Фактичним міжнародним стандартом на одну секунду є кількість вібрацій.

Це ніколи не змінюється: ви йдете в космос, це те ж саме. Ви наближаєтеся до швидкості світла - це не змінюється. Якщо ви взяли кварцові годинники або механічні годинники, і почали приймати його до надшвидких швидкостей, це призведе до змін у речах, і це більше не буде точним.

Чи скоро ці чіпи знайдуть свій шлях до інших технологій?

Я думаю, ви побачите цю технологію у своїх смартфонах і в автомобілях, що самостійно їздять, приблизно через п'ять років. Це, ймовірно, буде більше схоже на GPS, який з'являється у вашому телефоні. Раптом ви побачите, що ця технологія мініатюризується до місця, де вона може вміститися в телефон. Зараз чіп має розмір сірникової коробки з чудового ресторану. Це досить велике значення, і його не можна зробити набагато меншим через фізичну упаковку, яка має вміститися там. Але якщо вони зможуть мініатюрувати її ще на один рівень, то вона з'явиться скрізь. Технологію зробити не дорого - це можна було б зробити. Отже, я б сказав п'ять-шість років, але я не очікую, що швейцарці будуть такою. Я очікую, що більше, як Samsung, або Apple, або Google, буде такою.

Це інтерв'ю було відредаговано для стислості та ясності.