El primer rellotge de pols atòmic del món seguirà el vostre viatge a Mart

John Patterson és un humil rellotger de Kauai, Hawaii, que durant els darrers cinc anys ha estat fent tranquil·lament el primer rellotge atòmic a nivell mundial. Deixeu passar mil anys i aquest rellotge només perdi un segon de precisió. Preneu-lo a fons sota l'aigua, dins d'un infern: el temps continua marcant. O, si us sentiu aventurer, porteu-lo a l’espai. Porta-ho a Mart.

Mantindrà el temps.

Patterson té un doctorat en neurociència, però ha abocat la seva pròpia capacitat cerebral a la rellotgeria. Dirigeix ​​la seva empresa, Bathys Hawaii, des de la seva casa al Garden Isle. "La filosofia era sempre que no era només un home ric que mereixia tenir un bon rellotge", explica Invers. Bathys prové de la paraula grega " banyus, "Que significa" profund "- literalment i figurativament. Mentre que els seus rellotges es mantindran fidels a grans profunditats, el seu rellotge atòmic també es mantindrà realment a grans alçades. Alçades de Mart.

Una subvenció d’una agència de projectes d’investigació avançada en defensa de 200 milions de dòlars va suposar la creació d’un petit xip atòmic dins del cesis 133 de Bathys Hawaii, explica Patterson. Però un cop va descobrir que les fitxes estaven disponibles per a la compra, va agafar un "vell rellotge OMEGA" que havia guardat en un calaix, el va vendre a eBay, va comprar un xip atòmic i, amb l'ajuda d'un o dos altres hawaianos. - Ha arribat a treballar.

Sabia que havia d’utilitzar les fitxes atòmiques per la seva veritable trucada: rellotges. El segon internacional, després de tot, està definit per cesi: la seva freqüència de radiació és de 9.192.631.770 Hz, que els científics de la dècada de 1950 van relacionar amb el temps de l'efemèride. Mentre que altres rellotges són víctimes d’efectes relativistes a altes velocitats, els rellotges de cesi no ho són. La freqüència segueix sent la mateixa i, per tant, el temps continua sent correcte. Així, Patterson, el xip a la mà, va funcionar. Aviat va tenir un rellotge de polsera funcionant i increïblement precís; va portar el prototip a Kickstarter el 2014. En pocs dies, gairebé havia doblat el seu objectiu de recaptació de fons.

Invers Va parlar amb Patterson sobre la tecnologia que hi ha darrere del rellotge Cesium 133, sobre els viatges espacials i sobre la rapidesa amb els propis rellotges atòmics. (Suggeriment: Aviat, però pot ser que no siguin rellotges per se.)

Com funciona el cesi 133?

És bastant complex. No només hem de dissenyar el rellotge usant aquest xip, una bateria recarregable, etcètera, sinó que també hem hagut de dissenyar una cosa de tipus base estacionària externa que funcioni per carregar el rellotge. Però, sobretot, treballa per configurar el rellotge amb la major precisió possible. Aquests rellotges es poden configurar a menys de 100 nanosegons, és a dir, el cent mil milions de segons, segons l’hora estàndard internacional exacta del món. Un cop establerts, són exactes a un segon en mil anys. El rellotge que hi ha al vostre telèfon o ordinador - la majoria només són exactes a uns 200 mil·lisegons. Aquest és l’error que aquest rellotge es desenvolupa en 200 anys.

El GPS es fa! Això fa caure un pols de temps precís per establir el cesi 133 en vint mil milions de segons.

Una foto publicada per Bathys Hawaii (@bathys_hawaii)

Hem hagut de copiar el mateix que fan els militars quan volen fixar un dels seus rellotges atòmics. Fins i tot els receptors GPS estan apagats en diversos centenars de mil·lisegons: l’ordinador passa tot el temps processant les dades d’ubicació i no l’hora. Així doncs, vam haver de fer la nostra pròpia unitat de GPS que, bàsicament, es dedicés a passar només les dades del temps sense cap tipus de retard. Simplement la xucla fora de l’espai i l’envia directament al rellotge sense cap retard.

Pel que entenc, els rellotges de cesi són atractius no només per la seva exactitud, sinó també perquè mantenen la seva precisió en moltes condicions.

Sí. La temperatura és una cosa important en el cronometratge. Per tant, podeu anar fins a uns 150 graus centígrads o baixar fins a menys de 20 graus centígrads i es manté precís.

Un cop heu configurat aquest rellotge amb precisió, si el connecteu a l'acceleròmetre i al compàs i a les unitats inercials internes del vostre telèfon, que bàsicament registren inclinació, acceleració i tot això, pot actuar com a propi GPS, sense haver de contactar amb el GPS. Pot fer un seguiment precís de la vostra ubicació fins als 10 centímetres dels dies, durant mesos.

Hi ha tantes tecnologies possibles que poden créixer a partir d’aquesta. Si sou bomber a la ciutat de Nova York i haureu d’accelerar-vos a un gratacel ardent, perdreu el vostre GPS, de manera que no podreu comunicar la vostra posició a altres bombers. Però si tothom hagués sincronitzat aquest rellotge, només podria parlar de les freqüències de ràdio habituals, i podria explicar-los on eren. No importa si es troben en una cova, en un edifici que crema o sota l'aigua: en qualsevol lloc on no pugueu obtenir el GPS, podeu obtenir la vostra ubicació.

O espai.

O espai. O en un túnel amb el vostre cotxe de conducció personal.

Podria ser aquest rellotge una cosa que les persones que volien anar a Mart podrien utilitzar per mantenir el temps?

En primer lloc, una mica de nota secundària: en realitat estava a la llista curta per estar en un dels hàbitats de Mart. El que està aquí a Hawaii. Vaig arribar a la selecció final. Van escollir sis, i jo estava als últims 30. Crec que era massa vell i m'alegra que no vaig poder fer-ho. Només s’ha sortit l’altre dia, i ara m'agrada: "M'alegro que no sóc jo". El noi fa un petó a la seva dona per primera vegada en un any, com "l'infern no".

Un rellotge regular funcionaria en l'espai fins a cert punt. Un rellotge de quars mantindrà el temps a l’espai: no és com si no funcionés. Però hi ha efectes relativistes del moviment ràpid.

Si el vostre GPS no té en compte el temps de desplaçament cap al satèl·lit, en comptes de localitzar-lo a sis o set peus com el vostre telèfon ara mateix, surt a 35 quilòmetres. Així és com és important tenir en compte l’efecte relativista. La velocitat de la llum i la velocitat del satèl·lit és tan ràpida que canvia lleugerament el temps.

És molt fàcil explicar com funciona el cesi. Bàsicament, la manera de pensar és que el cesi és gairebé com un mirall. Si el fa vibrar a la freqüència exacta d'aquests nou mil milions de cicles per segon, actua com un mirall. Sigui quina sigui l’energia que dispareu, us torna cap a fora. A qualsevol altra freqüència, és com una peça negra de vellut: absorbeix l'energia. Just quan arriba a aquesta freqüència exacta i el bombardegeu amb el microones, de sobte tots els vostres microones comencen a rebotar. I això significa que l’heu clavat.

Aquesta és una característica física del cesi. No té res a veure amb res radioactiu. El cesi és com el mercuri, gairebé: és un líquid. Quan s'escalfa, es converteix en un gas. Dins de la petita cel·la, hi ha un petit escalfador que escalfa el gas, el bombardeja amb ones de ràdio i busca aquesta reflexió. L’estàndard internacional real per a un segon és el nombre de vibracions.

Això no canvia mai: aneu a l'espai, és el mateix. Aneu a prop de la velocitat de la llum: no canvia. Mentre que si prenies un rellotge de quars, o un rellotge mecànic, i comencessis a portar-lo a velocitats súper ràpides, provocaria que les coses canviaran i ja no seria exacte.

Aquestes fitxes entraran aviat en altres tecnologies?

Crec que veureu aquesta tecnologia als vostres telèfons intel·ligents i als vostres cotxes de conducció pròpia en uns cinc anys. Probablement serà més com el GPS que apareix al telèfon. De sobte, veuràs aquesta tecnologia miniaturitzada fins al punt que pugui cabre en un telèfon. Ara mateix, el xip és de la mida d’una caixa de partits d’un restaurant de luxe. És bastant gran, i no es pot fer molt més petita a causa de l’embalatge físic que ha d’adaptar-hi. Però si podrien miniaturitzar-la encara un nivell més, apareixeria a tot arreu. La tecnologia no és costosa: definitivament es podria fer. Per tant, diria cinc o sis anys, però realment no espero que el suís sigui el mateix. Espero més, com Samsung, o Apple, o Google.

Aquesta entrevista es va editar per brevetat i claredat.