นาฬิกาอะตอมปฏิวัติการบอกเวลาอย่างไร
การแยกส่วนที่สอง: เรื่องราวของเวลาปรมาณู เว็บสล็อต โทนี่ โจนส์ สถาบันฟิสิกส์: 2000. 199 หน้า £14.99, $19.99 ในช่วงกลางทศวรรษ 1950 การบอกเวลาทางดาราศาสตร์ได้ประสบความสำเร็จอย่างไม่เคยปรากฏมาก่อน โดยอาศัยความเข้าใจอย่างลึกซึ้งเกี่ยวกับพลวัตของดาวเคราะห์และภาคพื้นดิน และการพัฒนานาฬิกาคริสตัลควอตซ์ ในปี ค.ศ. 1952 สหพันธ์ดาราศาสตร์สากลได้แนะนำมาตราส่วนเวลาใหม่ นั่นคือ เวลาชั่วคราว โดยอิงตามการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ และในปี 1956 ก็ได้กำหนดช่วงเวลาใหม่อีกครั้งในแง่ของความยาวของปีสุริยะ แต่ทศวรรษ 1950 ยังเห็นจุดเริ่มต้นของการปฏิวัติการจับเวลาซึ่งในทศวรรษเดียวได้แย่งชิงอันดับที่สองจากนักดาราศาสตร์และทำให้เวลาของ ephemeris ล้าสมัย
การปฏิวัติเกิดขึ้นโดยการสร้างนาฬิกาปรมาณู ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่มีลักษณะและการทำงานที่เหมือนนาฬิกาที่ดูเหมือนนาฬิกานอกเวลาจนไม่น่าพอใจนักสำหรับนักดาราศาสตร์ในทศวรรษ 1950 เช่นเดียวกับเครื่องวัดความเที่ยงตรงแบบกลไกของจอห์น แฮร์ริสันอยู่ในศตวรรษที่สิบแปด การแบ่งวินาทีจะกล่าวถึงเหตุการณ์ในการปฏิวัติครั้งนี้ ความก้าวหน้าที่ตามมาในนาฬิกาอะตอมและการประยุกต์ใช้การบอกเวลามากมาย ซึ่งมีเพียงไม่กี่แห่งที่ฝันถึงเมื่อสร้างนาฬิกาอะตอมขึ้น
ตอกบัตรเมื่อ: Parry (ซ้าย) และ Essen ด้วยมาตรฐานความถี่อะตอมซีเซียม เครดิต: NPL
ความเป็นไปได้ของนาฬิกาอะตอมได้รับการแนะนำครั้งแรกในปี พ.ศ. 2488 โดยนักฟิสิกส์รางวัลโนเบล Isidor I. Rabi ในการกล่าวสุนทรพจน์ระหว่างกล่าวสุนทรพจน์ต่อ American Physical Society กลุ่มสหรัฐจำนวนหนึ่งหยิบขึ้นมาตามข้อเสนอแนะของเขา แต่นาฬิกาอะตอมที่ใช้งานได้เครื่องแรกถูกสร้างขึ้นในสหราชอาณาจักร ในปีพ.ศ. 2498 หลุยส์ เอสเซนและจอห์น แพร์รี ดำเนินการนาฬิกาอะตอมซีเซียมที่ห้องทดลองทางกายภาพแห่งชาติในเมืองเทดดิงตัน อุปกรณ์นี้เป็นมาตรฐานความถี่อะตอม แต่คำว่านาฬิกาอะตอมเป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไป นาฬิกา Essen–Parry มีความแม่นยำส่วนหนึ่งใน 10 พันล้าน (1 ใน 10 10). การปรับแต่งตลอดหลายทศวรรษที่ผ่านมาได้เพิ่มความแม่นยำขึ้นเกือบ 10,000 เท่า เมื่อเร็วๆ นี้ นาฬิกาน้ำพุ ซึ่งเป็นนาฬิการูปแบบใหม่ที่ใช้ประโยชน์จากอะตอมที่ระบายความร้อนด้วยเลเซอร์ มีความแม่นยำเกือบ 1 ใน10 15
คำถามที่ชัดเจนคือทำไมใครๆ
ถึงต้องการความแม่นยำสูงเช่นนี้ หนังสือเล่มนี้ตอบคำถามนี้โดยแสดงให้เห็นว่าเมื่อการจับเวลาดีขึ้น การใช้งานใหม่ๆ ก็เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง สิ่งที่น่าตื่นเต้นที่สุดคือ Global Positioning System ซึ่งกำลังค้นหาการใช้งานใหม่ๆ เกือบทุกวัน ตั้งแต่การช่วยนำทางของรถพยาบาลและรถยนต์ไปจนถึงการวัดการเคลื่อนตัวของทวีป
เวลาที่แม่นยำนั้นไร้ประโยชน์เว้นแต่จะสามารถเผยแพร่ได้ และSplitting the Secondจะอธิบายรายละเอียดบางอย่างเกี่ยวกับการกระจายเวลา ยังคงสามารถได้ยินเสียงสะท้อนของประวัติศาสตร์ได้ ตัวอย่างเช่น ในการใช้คำว่า Greenwich Mean Time อย่างต่อเนื่องเป็นเวลานานหลังจากที่มันล้าสมัยในทางเทคนิค ความขัดแย้งระหว่างเวลาของนักฟิสิกส์กับนักดาราศาสตร์สามารถตรวจพบได้ในข้อตกลงระหว่างประเทศว่าด้วยการเผยแพร่เวลา ช่วงเวลาที่ออกอากาศ — ครั้งที่สอง — เป็นเวลาของนักฟิสิกส์ ควบคุมโดยมาตรฐานความถี่อะตอม แต่เพื่อตอบสนองความต้องการทางดาราศาสตร์ สเกลเวลาจึงถูกปรับให้เข้ากับการเคลื่อนที่ของโลกที่ไม่ปกติเล็กน้อย โดยแนะนำวินาทีกระโดดเมื่อใดก็ตามที่เวลาทางดาราศาสตร์และทางกายภาพแตกต่างกันมากกว่า 0.9 วินาที
ในแง่หนึ่ง — ความน่าเชื่อถือ — นาฬิกาอะตอมไม่สามารถแข่งขันกับการบอกเวลาทางดาราศาสตร์ได้ สำหรับนักฟิสิกส์ ซึ่งโดยทั่วไปแล้วสนใจเกี่ยวกับการวัดความถี่อย่างแม่นยำมากกว่าที่จะรู้เวลาเอง เรื่องนี้ไม่ได้เป็นเรื่องที่น่ากังวลอย่างยิ่ง แต่ถ้านาฬิกาปรมาณูรุ่นหนึ่งซึ่งน่าจะเป็นนาฬิกาที่ดีที่สุดในโลกได้รับเลือกให้เป็นมาตรฐานหลัก ไม่ช้าก็เร็ว นาฬิกาอะตอมจะต้องหยุดทำการซ่อมแซมและมาตราส่วนเวลาก็พังทลายลง ด้วยเหตุนี้ มาตรฐานเวลาปรมาณูเบื้องต้นจึงไม่ได้ถูกรักษาไว้ที่หนึ่ง แต่ในห้องปฏิบัติการเจ็ดแห่งที่กระจัดกระจายอยู่ทั่วโลก สิ่งเหล่านี้เปรียบเทียบนาฬิกาของพวกเขาอย่างต่อเนื่องทั้งในหมู่พวกเขาเองและกับมาตรฐานรองมากกว่า 200 มาตรฐาน ระบบมีความยุ่งยาก แต่ช่วงเวลามีความแม่นยำและเชื่อถือได้
โจนส์เล่าถึงเหตุการณ์ทางประวัติศาสตร์ที่สนับสนุนการบอกเวลาร่วมสมัยและให้ข้อมูลสรุปเกี่ยวกับปัจจัยมนุษย์ที่เกี่ยวข้องกับการตัดสินใจทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี เขาพยายามอย่างกล้าหาญที่จะอธิบายวิทยาศาสตร์ คำอธิบายนาฬิกาอะตอมของเขาสื่อถึงรสชาติของฟิสิกส์ และน่าจะดีพอๆ กับที่อธิบายปรากฏการณ์ควอนตัมในภาษาในชีวิตประจำวัน รายละเอียดบางอย่าง เช่น การทำงานของ maser นั้นสับสนเล็กน้อย และตัวเลือกบางอย่างก็ดูแปลกประหลาด ตัวอย่างเช่น ชื่อของ Alfred Kastler ซึ่งผู้ประดิษฐ์เครื่องสูบน้ำด้วยแสงมีบทบาทอย่างต่อเนื่องในการพัฒนานาฬิกาอะตอม ปรากฏเฉพาะในรายชื่อผู้ได้รับรางวัลโนเบลเท่านั้น
หนังสือเล่มนี้สรุปด้วยการคาดเดาเกี่ยวกับอนาคตของการจับเวลา สิ่งเหล่านี้ไม่ใช่เรื่องยาก เพราะสนามกำลังก้าวหน้าอย่างรวดเร็ว ตัวอย่างเช่น วิธีการวัดความถี่แสง ซึ่งตีพิมพ์ช้าเกินไปที่จะอธิบายในหนังสือ ได้เปิดทางให้นาฬิกาที่วันหนึ่งอาจมีความแม่นยำในช่วง10 18 ใครก็ตามที่รู้สึกทึ่งกับความแม่นยำที่ยอดเยี่ยมหรืออยากรู้ว่าเรารู้เวลาจริง ๆ หรือเพียงแค่ชอบนิทานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีจะเพลิดเพลินไปกับSplitting the Second เว็บสล็อต
