Эталон секунды связан с частотой. Слово "секунда" - это что такое? Значение и определение

Самые точные наручные или настенные часы грешат против эталонного времени в миллиарды раз. Впрочем, в быту и не нужна точность до долей микросекунды. Но она совершенно необходима в исследовании космоса, для создания систем навигации, управления воздушным движением, повышения качества теле- и радиопередач и многих других целей.

Эталон времени - особенный. Все остальные эталоны вводятся в действие периодически, для сличения с ними вторичных и рабочих эталонов. Но эталон, хранящий шкалу времени, нельзя остановить, как нельзя остановить время. Он работает всегда. Есть такой афоризм: время - очень простое понятие, пока вы не пытаетесь объяснить его кому-нибудь. С полным основанием эти слова можно отнести и к эталону времени. Меньше всего он напоминает часы, а оборудование и научные подразделения, которые обеспечивают эксплуатацию эталона, занимают большое здание. Находится оно во Всероссийском научно-исследовательском институте физико-технических и радиотехнических измерений (ВНИИФТРИ) под Москвой.

Эталон времени - это сложный комплекс, в который входят цезиевые реперы (генераторы, дающие строго определенную частоту) и водородные хранители частоты, хранители шкал времени, приборы для измерения временных интервалов и другая аппаратура. Некоторые составляющие эталона уникальны, например радиооптический частотный мост, который служит для измерения частот излучения лазеров. В мире кроме России такой мост есть только в Канаде, во Франции, в США и Великобритании. Российский государственный эталон времени входит в группу лучших мировых эталонов, его относительная погрешность не превышает 5.10-14, то есть 0,00000000000005 секунды. За полмиллиона лет эталон даст погрешность в одну секунду.

А вот история этого вопроса:

Эталоны для измерения времени должны быть основаны на периодических процессах, период которых постоянен с большой точностью. Первоначально единственным известным процессом такого рода было вращение Земли вокруг своей оси, и единица времени - секунда - определялась как 1/86 400 часть периода этого вращения, то есть суток. Длительность же суток определялась из двух последовательных наблюдений прохождения какого-нибудь небесного светила через плоскость меридиана места наблюдения. Уже древние астрономы убедились в том, что длительность интервала между двумя прохождениями Солнца через плоскость меридиана не совпадает с длительностью интервала, определённого по наблюдениям любой из «неподвижных» звёзд: солнечные сутки оказались на 4 минуты больше звёздных . Это следствие движения Земли по орбите (вращение Земли вокруг оси и её орбитальное движение происходят в одном направлении). Пользоваться звёздным временем неудобно, так как вся наша жизнь связана со сменой дня и ночи, с солнечными сутками. Но определить их продолжительность с большой точностью весьма сложно: во-первых, Солнце слишком «велико»; во-вторых, солнечное излучение нагревает и деформирует точные приборы и, наконец, длительность солнечных суток изменяется в течение года вследствие изменения скорости движения Земли по орбите. Поэтому непосредственное определение периода вращения Земли выполняется по наблюдению звёзд, а для практических целей учитывают разницу между звёздными и солнечными сутками. Так возникло своеобразное положение, при котором мы пользуемся солнечным временем, определяя его по звёздам.

Вследствие изменения продолжительности суток, которые увеличиваются в среднем на 1 мс за век под влиянием приливных сил Луны, было пересмотрено определение секунды. Вместо 1/86 400 части средних солнечных суток ее длительность с 1960 г. определяется как 1/315 569 259 747 часть солнечного (или тропического) года по состоянию на 12 часов эфемеридного времени января 1900 г.

В 1958 г. секунда принята равной 9 192 631 770 ± 20 периодам излучения, соответствующего переходу между уровнями основного состояния атома цезия-133 в отсутствие внешних полей. Самое большое суточное изменение было зарегистрировано 8 августа 1972 г., оно составляло 10 мс и было вызвано самой мощной солнечной бурей, наблюдаемой за последние 370 лет.

Точность цезиевого эталона частоты приближается к 8 частям на 10 14 , что выше, чем 2 части на 10 13 для гелиево-неонового лазера, стабилизированного метаном, и чем 6 частей на 10 13 для водородного мазера.

Самой длинной мерой времени является кальпа в индуистской хронологии. Она равна 4320 млн лет. В астрономии космический год есть период обращения Солнца вокруг центра Млечного Пути, он равен 225 млн лет. В позднем меловом периоде (около 85 млн лет назад) Земля вращалась быстрее, в результате чего год состоял из 370,3 суток. Имеются также свидетельства тому, что в эпоху кембрия (600 млн лет назад) год длился более 425 суток.

Неравномерность суточного вращения и орбитального движения Земли не позволяет создать строго равномерные шкалы времени. Поэтому была введена ещё одна шкала - эфемеридное время, названное позже динамическим временем . Под ним понимают аргумент в дифференциальных уравнениях движения тел Солнечной системы в гравитационном поле. Это равномерно текущее время используют при определении эфемерид (элементов кеплеровой орбиты) спутников.

Любое время измеряют при помощи часов. После того как Галилей создал теорию маятника, а Гюйгенс изобрёл вращающийся балансир, появились маятниковые часы. И вскоре лучшие из них позволили обнаружить систематическое замедление суточного вращения Земли, вызванное океаническими приливами.

После изобретения кварцевых часов, в которых роль колебаний маятника играют упругие колебания кварцевых пластинок под действием электрического напряжения (пьезоэффект), было установлено, что и при учёте регулярного замедления длительность суток всё же непостоянна - она может изменяться в обе стороны на тысячные и даже сотые доли секунды.

К середине XX века стало ясно, что точность лучших часов превзошла точность нашего природного эталона времени - суток. Возможности астрономических методов измерения времени оказались исчерпанными.

Принципиально новые и более точные методы измерения времени пришли из радиоспектроскопии и квантовой электроники.

Каждый атом или молекула избирательно поглощает или излучает не только свет, но и радиоволны определённой длины волны λ, или частоты f , которые характеризуются непревзойдённым постоянством. Это позволило создать квантовые стандарты частоты, а следовательно, и времени (вспомним, что частота - величина, обратная периоду, то есть времени одного колебания) и построить шкалу атомного времени AT , задаваемую конкретным атомным или молекулярным эталоном.

Шкала АТ практически совершенно равномерна. В ней единицей измерения служит атомная секунда - промежуток времени, в течение которого совершается 9 192 631 770 колебаний, соответствующих резонансной частоте энергетического перехода между уровнями сверхтонкой структуры основного состояния атома цезия-133 (133 Cs). Другими словами, за атомную секунду совершается число периодов колебаний цезиевого генератора, равное его частоте, составляющей 9 192 631 770 Гц (~ 9,2 Ггц). Стабильность этой частоты очень высока (то есть относительная нестабильность Δf /f , где Δf - уход частоты, очень мала). Кроме цезиевого в качестве стандартов частоты используют также рубидиевый и водородный генераторы (последний наиболее стабилен, см. таблицу).

Существует Международное атомное время ТАI (от французского названия Temps Atomic International ). Оно устанавливается на основе показаний атомных часов в различных метрологических учреждениях в соответствии с приведённым выше определением атомной секунды.

Так как шкалы AT и UT не согласуются между собой, введена промежуточная шкала, называемая всемирным координированным временем UTС (Universal Time Coordinated ). Это атомное время, которое корректируется на 1 с, когда его расхождение с UT 1 превышает 0,5 с. Коррекция производится в последнюю секунду 30 июня или 31 декабря либо в обе даты.

Приведённое выше определение атомной секунды принято международными организациями в 1967 году, и в том же году на основе этого определения в СССР был создан новый Государственный эталон времени и частоты. Современный его вариант включает в себя цезиевый и водородный генераторы и обеспечивает хранение и воспроизведение секунды и герца с погрешностью, близкой к 1·10 -14 .

Да, и еще напомню вам о том, что Международная служба вращения Земли сообщает, что 30 июня 2015 года к времени UTC будет добавлена очередная секунда координации. Это означает, что день 30 июня 2015 года будет длиться на одну секунду больше, чем обычно:
…
2015 Июнь 30, 23ч 59м 59с
2015 Июнь 30, 23ч 59м 60с
2015 Июль 1, 0ч 0м 0с
…
Начиная с 1 июля 2015 года Международное атомное время (TAI) будет отличаться от Всемирного координированного времени (UTC) на 36 секунд.
Что это такое и зачем это нужно

UTC является международным стандартом, на основании которого вычисляется локальное («местное» или гражданское) время в различных часовых поясах. Время UTC «идёт» синхронно с международным атомным временем - TAI. Эталон атомного времени имеет чрезвычайно высокую стабильность, у него нет суточных или вековых колебаний, и его высокая точность не изменяется со временем. Именно в стабильности и точности атомных часов кроется проблема, которая делает их применение не совсем удобным для человека.

Так уж сложилось, что наиболее привычным для большинства людей является время, основанное на движении Солнца (или других астрономических объектов, например, звёзд) по небесной сфере. Однако, скорость вращения Земли вокруг собственной оси постоянно изменяется. Во-первых, эта величина не совсем равномерна на коротких промежутках (от суток до столетий, эта неравномерность вызывается различными климатическими и геологическими процессами), а во-вторых, приливное ускорение, вызываемое Луной, постоянно замедляет вращение Земли, укорачивая земные сутки примерно на 2,3 мс в столетие.

Как уже отмечалось выше, UTC использует строго равномерную шкалу атомного времени. Для того, чтобы максимально приблизить UTC к шкале времени, основанной на суточном вращении Земли, в UTC периодически приходится вносить секунды координации - подобно тому, как в високосный год добавляются одни сутки. Существенная разница этих процессов заключается в том, что заранее рассчитать момент ввода секунды координации из-за колебаний скорости вращения Земли невозможно. По этой причине решение о применении секунды координации принимается Международной службой вращения Земли (IERS) на основании астрономических наблюдений. Добавление секунды производится в конце суток 31 декабря или 30 июня таким образом, чтобы UTC отличалось от среднесолнечного времени (точнее, всемирного времени UT1) не более, чем на 0,9 с.

Впервые дополнительная секунда была добавлена в UTC 30 июня 1972 года. Теоретически, скорость вращения Земли может измениться так, что понадобится вводить и отрицательную секунду (то есть вычесть её из UTC), однако с 1972 года использовались только положительные секунды координации.

Воздействие приливного ускорения и вызываемое им замедление скорости вращения Земли потребует вводить секунды координации в будущем всё чаще и чаще. Однако невозможность точного расчёта или предсказания очередного момента, когда потребуется вносить дополнительную секунду создаёт ряд проблем - например, сбои в работе операционных систем при некорректной обработке добавленной секунды или невозможность точного расчёта будущего времени UTC на срок свыше 6 месяцев. Для таких сфер деятельности, как навигация, транспорт, телекоммуникации, энергетика, подобные ошибки могут оказаться крайне критичными. В последнее время высказывается мнение о необходимости отмены добавления секунд координации, и их замены суммарным добавлением одного часа, который будет применяться около 1 раза в 6000 лет. Ожидается, что окончательное решение по этому вопросу будет принято Международным союзом электросвязи (International Telecommunication Union, ITU) в 2015 году.

Человек живёт во времени и пространстве, и уже в глубокой древности появилась необходимость измерять время и длину - характеристику пространства. Измерить - значит сравнить измеряемую величину с другой величиной того же рода, называемой единицей измерения . Эта единица должна быть чётко определённой и неизменной величиной - эталоном. Созданием эталонов занимается наука, именуемая метрологией. За эталон времени принята секунда, за эталон длины - метр. Но вот как их определить? Скажем, секунда - это промежуток времени, в течение которого... что? Метр - это расстояние, равное... чему? Эти вопросы отнюдь не просты. Посмотрим, как отвечает на них современная метрология.

Время

Так как истинные солнечные сутки не остаются одинаковыми в течение года, то в повседневной жизни за основную единицу времени принимают средние солнечные сутки , рассчитанные в предположении равномерного движения Земли по орбите. Время в таких сутках называют средним временем . Понятно, что его значение меняется с изменением географической долготы места: когда в Москве 12 часов дня, то, скажем, в Красноярске уже 16 часов, то есть возникает понятие местного времени . Местное среднее время на Гринвичском меридиане называют всемирным временем и обозначают UT (Universal Time) . Это всемирное время положено в основу создания нескольких астрономических шкал времени.

Прежде всего заметим, что, хотя UT - среднее солнечное время, то есть определено из условия равномерного движения Земли по орбите, на его основе трудно создать равномерную шкалу по той причине, что положение любого меридиана, и в частности Гринвичского, подвержено изменениям из-за вращения Земли. Происходит это потому, что Земля - не абсолютно твёрдое тело: массы в ней непрерывно перераспределяются, вследствие чего полюса Земли незначительно (до 10–15 м) меняют положение, вызывая смещение меридианов, их соединяющих.

Существует несколько модификаций шкал всемирного времени. Из наблюдений суточных движений звёзд получается всемирное время UT 0, не образующее равномерной шкалы. Если учесть поправку за смещение мгновенного полюса относительно его среднего положения, получим более равномерную шкалу UT 1. Если принять во внимание ещё и сезонные вариации угловой скорости вращения Земли, получим более равномерную шкалу UT 2. Наконец, учёт действия приливных явлений даёт шкалу UT 1R .

Длина

Обратимся теперь к единице длины - метру. Его история также довольно интересна. Впервые понятие метра появилось во Франции в период Великой французской революции. Учёные того времени решили заимствовать единицу измерения длины, так сказать, из самoй природы, и в качестве неизменного прототипа длины специальная комиссия Французской академии наук предложила взять длину одной десятимиллионной доли четверти Парижского меридиана. Это расстояние и назвали метром (metre vrai et definitif - метр подлинный и окончательный). После этого были проведены измерения длины дуги Парижского меридиана между Дюнкерком и Барселоной, на основании которых, а также в соответствии с теоретическим определением изготовили образец метра в виде платиновой линейки - концевой меры шириной около 25 мм и толщиной 4 мм. Эта мера сдана в архив Французской республики, поэтому её в дальнейшем стали называть «архивным метром». Но далее оказалось, что вследствие всё возрастающей точности геодезических измерений значения метра и соответствующей части меридиана будут расходиться. Кроме того, длина меридианов, как уже отмечалось выше, не остаётся строго постоянной из-за смещения полюсов. И тогда решили больше не связывать значение меры длины с одной сорокамиллионной частью Парижского меридиана. Метр перестал быть «естественной» мерой.

За точное значение метра был принят так называемый международный прототип, выбранный следующим образом. Изготовили 31 эталон в форме стержней Х-образного сечения из платино-иридиевого сплава с двумя штрихами, расстояние между которыми равно размеру метра, и провели сравнение этих эталонов с «архивным метром». В пределах точности измерений эталон № 6 при 0 о С оказался равным длине «архивного метра», и в 1889 году на I Генеральной конференции по мерам и весам его приняли в качестве международного прототипа метра. Он хранится в Международном бюро мер и весов в городе Севре (близ Парижа). Из оставшихся 30 эталонов 28 были распределены по жребию между странами, участвовавшими в конференции 1889 года, а два оставлены как «эталон-копия» и «эталон-свидетель». Россия получила два эталона метра: № 11 и № 28. Последний декретом Совнаркома в 1918 году был узаконен в качестве государственного эталона или прототипа метра для СССР. Он хранится (до сих пор) во ВНИИМ им. Д. И. Менделеева в Санкт-Петербурге и используется только для сравнения с ним вторичных эталонов или эталонов-копий.

Так как существующие эталоны хотя и очень мало, но всё же изменяются с течением времени и метр нельзя считать естественной мерой единицы длины, метрологи задались вопросом: нельзя ли всё-таки установить естественный эталон длины, «привязав» его к стабильным природным процессам или явлениям. И здесь, как и в случае с эталоном времени, решение пришло из спектроскопии и квантовой электроники. Поскольку, как уже отмечалось, частоты и длины волн атомов и молекул отличаются исключительным постоянством, это природные константы, и поэтому в принципе атом или молекула каждого (любого) вещества обладает свойствами эталона частоты и длины.

С развитием точных методов интерферометрических измерений появилась идея выразить метр в длинах световых волн, и в 1927 году VII Генеральная конференция по мерам и весам постановила: 1 метр равен 1 553 164,13 длины волны красной линии кадмия при определённых условиях (температуре, давлении и пр.) К 30-м годам ХХ века точность интерферометрических измерений превысила ширину штрихов на эталоне метра и его копиях. И в 1960 году XI Генеральная конференция по мерам и весам приняла новое определение метра: он стал равен 1 650 763,73 длины волны излучения в вакууме, соответствующей оранжевой линии спектра изотопа криптона с атомным весом 86 (86 Kr). Поскольку эта линия намного более узкая, чем у кадмия (чему, в частности, способствует то, что криптоновую лампу помещают в криостат с жидкой углекислотой), новое определение метра повысило точность эталона длины примерно в 100 раз.

Однако она в относительной мере была на четыре порядка ниже точности, достигнутой в эталонах времени. Это, в частности, ограничивало точность измерения скорости света. Действительно, она определялась путём измерения времени распространения света на базисе известной длины. Но если время можно было измерить с погрешностью порядка 10 –12 –10 –13 , то точность измерения длины базиса лимитировала точность криптонового эталона длины.

В том же 1960 году, когда за эталон длины приняли криптоновый стандарт, был создан принципиально новый источник излучения - лазер, и началось бурное развитие лазерной техники. Обнаружилось, что газовый лазер на смеси гелия и неона (Не-Nе) может генерировать чрезвычайно узкие спектральные линии (так называемые продольные моды, см. «Наука и жизнь» № 9, 2003 г.) - гораздо y же, чем у криптонового стандарта. Однако частоты этих линий могут «плавать», меняться неконтролируемым образом (например, вследствие изменения длины резонатора). Поэтому, чтобы получить источник света намного лучший, чем криптоновая лампа, необходимо стабилизировать частоту лазерного излучения. Такой стабилизации достигли использованием молекулярных линий поглощения некоторых газов, у которых частота одной из линий поглощения близка к частоте излучения лазера. Например, гелий-неоновый лазер может генерировать на трёх длинах волн: 0,63, 1,15 и 3,39 мкм; при этом линии с длиной волны 0,63 мкм весьма точно соответствует линия поглощения молекулы паров йода I 2 , а линии с длиной волны 3,39 мкм - линия поглощения молекулы метана СН 4 . Ячейку с поглощающим газом помещают внутрь резонатора лазера. Если изменять длину резонатора, настраивая лазерную частоту на центр спектральной линии поглощающего газа, в излучении лазера появляется резонансный пик с предельно узкой шириной спектра. Это состояние непрерывно поддерживает система автоподстройки длины резонатора. Лазеры на Не-Nе/I 2 127 и особенно Не-Ne/CH 4 обеспечивают генерацию очень узких линий излучения со стабильностью частоты того же порядка, что и в стандартах времени. Естественно, возникла мысль об использовании стабилизированных лазеров в качестве стандартов длины вместо криптонового эталона. Этому способствовало ещё одно обстоятельство.

В начале 1970-х годов в США, Англии и СССР были выполнены эксперименты по уточнению скорости света в вакууме с , основанные на независимом измерении частоты ν и длины волны λ высокостабильного лазера (произведение νλ равно с ). Обработка результатов этих экспериментов дала значение с = 299 792 458 ± 1,2 м/с с относительной погрешностью 4·10 –9 . До этих экспериментов она была равна 3·10 –7 , то есть измерения скорости света с использованием стабилизированных лазеров повысили точность примерно на два порядка. Но дальнейшее уточнение значения с было невозможно, так как величина 4·10 –9 практически целиком обусловлена недостаточной точностью криптонового эталона длины, сравнением с которым вычислялась длина волны λ. Выход из этого положения оказался довольно неожиданным и оригинальным. Было решено: не будем стремиться уточнять с , а примем полученное значение 299 792 458 м/с за мировую константу. Поскольку скорость связывает расстояние и время, это позволило дать новое определение метра - через единицу времени. И в 1983 году на XVII Генеральной конференции по мерам и весам постановили: «Метр - это расстояние, проходимое светом в вакууме за 1/299 792 458 долю секунды».

Это определение полностью отменяет криптоновый эталон длины и вообще делает метр не зависящим ни от какого источника света. Но зато придаёт ему зависимость от размера секунды, а значит, и герца - единицы частоты. Так впервые была установлена связь между длиной, временем и частотой. Эта связь привела к идее о создании единого эталона времени - частоты - длины (ВЧД), основанного на соотношении λ = с /ν , где λ - длина волны излучения стабилизированного лазера, ν - его частота. Плодотворность этой идеи в том, что частоту можно измерить с погрешностью, обеспеченной современным эталоном частоты (скажем, 10 -13 и менее). А так как значение с фиксировано, то и значение λ будет определено с той же погрешностью, что по крайней мере на четыре порядка точнее, чем при использовании прежнего криптонового эталона длины.

Однако эталон частоты, задающий атомную секунду, - цезиевый генератор, частота которого f эт = 9 192 631 770 Гц лежит в радиодиапазоне. И чтобы измерить частоту лазера ν сравнением с эталонной частотой, надо осуществить переход эталонной частоты в оптический диапазон, то есть умножить её до оптических значений. Однако эталонная частота имеет нецелочисленную величину и неудобна для преобразований. Поэтому обычно вместо цезиевого генератора используют более низкочастотный кварцевый генератор с удобным значением частоты, например 5 Мгц. Но такой генератор имеет гораздо меньшую стабильность частоты и сам по себе служить эталоном не может. Необходимо стабилизировать его частоту по цезиевому стандарту, придав ему такую же стабильность.

Это осуществляется при помощи схемы фазовой автоподстройки частоты. Низкая частота кварцевого генератора f кв увеличивается радиотехническими средствами в некоторое число (n ) раз и в смесителе вычитается из частоты цезиевого эталона f эт. Подбором конкретных значений n и f кв разностную частоту (f эт – nf кв) можно сделать приблизительно равной частоте кварцевого генератора: (f эт – nf кв) = f кв.

Сигнал разностной частоты (f эт – nf кв) после усиления поступает на один вход фазового детектора, а на другой его вход подаётся сигнал частоты f кв от кварцевого генератора. На выходе фазового детектора возникает напряжение, величина и знак которого зависят от отклонения разностной частоты от частоты f кв. Это напряжение поступает на блок управления частотой кварцевого генератора, сдвигая её до тех пор, пока она не станет точно равной разностной частоте. Другими словами, любая расстройка частот (f эт – nf кв) и f кв вызывает появление управляющего сигнала, сводящего эту расстройку к нулю, благодаря чему частота кварцевого генератора автоматически поддерживается неизменной и её стабильность оказывается практически равной стабильности цезиевого эталона. Теперь можно осуществлять передачу этой частоты в оптический диапазон.

Для этой цели используется радиооптический частотный мост (РОЧМ), в котором при помощи многозвенной цепочки различных СВЧ-генераторов и промежуточных лазеров субмиллиметрового и инфракрасного диапазонов выполняется последовательное умножение эталонной частоты 5 МГц до значений 10 14 Гц. Так создаются эталоны частоты в оптическом диапазоне - оптические стандарты частоты. В качестве таких стандартов утверждены пять стабилизированных газовых лазеров.

Следовательно, эталон длины, воспроизводящий метр в его новом определении, реализуется при помощи атомного (цезиевого) эталона времени и частоты, дополненного РОЧМ. Этот комплекс и представляет собой единый эталон ВЧД. При этом характерно, что размеры всех единиц - единицы времени (секунды), частоты (герца) и длины (метра) - задаются всего двумя природными константами: резонансной частотой перехода в атоме цезия-133 и скоростью света в вакууме.

Следует упомянуть, что в последнее время найдена более перспективная возможность создания единого эталона ВЧД, связанная с разработкой фемтосекундных «оптических часов», способных служить также «оптическим метром» («Наука и жизнь» № 9, 2003 г.). При этом отпадает необходимость в цепочке передачи благодаря генерированию высокостабильной «оптической гребёнки» в чрезвычайно широком диапазоне спектра. Такая гребёнка, воспринимаемая как белый свет, возникает при прохождении фемтосекундных импульсов от лазера на сапфире с титаном через оптическое волокно со специально созданной микроструктурой. Подробности о такого рода разработках можно найти в нобелевской лекции Дж. Холла, опубликованной на русском языке под названием «Определение и измерение оптических частот: перспективы оптических часов - и не только» (УФН, 2006, № 12).

Кроме того, была найдена возможность повышения точности цезиевого эталона времени. Ещё в 1997 году Международное бюро мер и весов подчеркнуло, что в определении атомной секунды фигурирует атом цезия, который покоится при температуре абсолютного нуля (по шкале Кельвина). В новейших модификациях цезиевых часов (которые называют фонтанными) это условие почти идеально достигается путём лазерного охлаждения атомов. С использованием такого метода в американском Национальном институте стандартов и технологии (NIST) были построены эталонные цезиевые часы, обеспечивающие относительную точность воспроизведения единицы времени - секунды - порядка 3·10 –16 (уход часов составляет 1 секунду за 70 миллионов лет). Но ещё более перспективны стандарты частоты, основанные на переходах в ионах ртути, иттербия или стронция, излучающие не в микроволновом, а в оптическом диапазоне. Точность отдельных лабораторных разработок таких оптических часов уже сейчас достигает 2·10 –15 , а в принципе они могут обеспечить точность воспроизведения единиц времени и частоты на уровне 10 –17 –10 –18 . К такой точности вплотную подошли японские исследователи. В экспериментальном образце стронциевых оптических часов, разработанном в Токийском университете группой Хидетоси Катори, ионы стронция находятся в оптической ловушке на перекрестье шести лазерных лучей, под воздействием которых они удерживаются в «энергетических ямах», почти не взаимодействуя и излучая свет исключительно стабильной частоты. Точность стронциевых часов в тысячу раз превосходит точность цезиевых, используемых сегодня в качестве эталона времени и частоты. Предполагают, что вскоре эталон будет заменён и применение таких сверхточных оптических часов позволит соответственно увеличить точность единого эталона времени-частоты-длины.

Измерения времени и частоты колебаний тесно связаны друг с другом, и их единица воспроизводится одним и тем же эталоном. Астрономические шкалы времени базируются на явлениях вращения Земли вокруг собственной оси и обращения Земли вокруг Солнца по слегка эллиптической орбите. Однако такие шкалы не могут быть достаточно точными т. к. параметры движения небесных тел не постоянны.

В 1967 г. XIII Генеральная конференция по мерам и весам постановила, что квантовый переход между линиями сверхтонкой структуры атома 133 Cs, а именно невозмущенный внешними полями переход F = 4, m F = 0 «F = 3; m F = 0 основного состояния 2 S 1/2 , дает частоту 9,192631770 ГГц точно. Тем самым определяется, и единица времени - секунда - как интервал времени, в течение которого совершается 9 192 631 770 колебаний излучения при этом переходе.

Ядро атома цезия, обладающее магнитным моментом (спин I=7/2), взаимодействует с магнитным моментом валентного электрона (спин I=1/2). Это и приводит к расщеплению основного электронного уровня атома на ряд подуровней т. е. к образованию так называемой сверхтонкой структуры. Частоты, соответствующие переходам между уровнями сверхтонкой структуры, попадают в диапазон радиочастот. Очень важно, что энергия перехода между уровнями сверхтонкой структуры, а стало быть, и соответствующая частота, очень мало зависят от внешних магнитных полей.

В эталонах удается настолько снизить напряженность внешних магнитных полей, что смещение частоты, соответствующей используемому переходу, составляет всего 10 -12 от частоты при полном отсутствии внешних магнитных полей. От других параметров (электрического поля, давления, плотности пучка и т. п.) частота перехода зависит еще меньше.

На рис. приведена схема цезиевого атомно-лучевого эталона времени и частоты.

Источник 1 атомного пучка представляет собой контейнер из металла, стойкого по отношению к щелочам. В стенке контейнера имеются каналы, формирующие пучок. Температура источника 100 ¸ 150°С. Магниты 2 служат для сортировки атомов пучка по состояниям сверхтонкой структуры: выделяются атомы, находящиеся в состояниях F = 3, m F =0 и F =4, m F = 0.

К резонаторам 3 подводится сверхвысокочастотный сигнал, частоту которого можно в некоторых пределах изменять около значения 9192631770 Гц. В результате действия этого сигнала, выделенные атомы переходят из состояния F = 3, m F =0 в состояние F =4, m F = 0 или обратно. Второй сортирующий магнит выделяет из пучка только те атомы, которые перешли из одного состояния в другое в результате взаимодействия сполем сигнала. Атомы, совершившие переход, попадают в приемник 4 и регистрируются индикатором 5.

Если частота подводимого сигнала точно соответствует частоте перехода, то показания индикатора максимальны. Если же частота сигнала отличается от частоты перехода, то показания индикатора резко уменьшаются. Это и служит основой стабилизации частоты. Частота сигнала, соответствующая максимальным показаниям индикатора, принимается за 9192631770 Гц.

Все узлы установки помещены в камеру, в которой поддерживается высокий вакуум.

Стабильность эталона с атомным пучком цезия равна 10 -11 , в настоящее время их используют службы времени и частоты.

Принцип работы водородных генераторов (на атомарном водороде) основан на использовании квантового перехода между состояниями F = 1, m F = 0 и F = 0, m F = 0 в сверхтонкой структуре основного состояния атомовводородачастота которого при отсутствии внешних воздействий постоянна и равна 1420405751,8 Гц.

Схема и принцип действия водородного генератора изображены на рис.

Атомы водорода получаются в источнике 1, представляющем собой стеклянную трубку, где происходит диссоциация молекул водорода под действием высокочастотного электрического разряда. Пучок атомов водорода выходит из источника через коллиматор, обеспечивающий его направленность, и попадает в поле шестиполюсного аксиального магнита 2. В сильном неоднородном поле, создаваемом этим магнитом, происходит пространственная сортировка атомов в пучке, так что атомы, находящиеся на уровне F = 1, m F = 0, фокусируются на вход накопительной ячейки 3, которая расположена внутри высокодобротного объемного резонатора 4, настроенного на частоту используемого перехода.

Конструкция ячейки такова, что атомы находятся в резонаторе около секунды. Ее стенки покрыты фторопластом, в результате чего даже при более чем 10 5 соударениях атома водорода со стенкой его энергетическое состояние не меняется.

Взаимодействие возбужденных атомов с высокочастотным полем резонатора в течение секунды повышает вероятность их перехода в нижнее энергетическое состояние и вызывает самовозбуждение генератора, а также увеличивает добротность линии излучения и соответственно стабильность частоты генератора.

Для уменьшения влияния внешних магнитных полей на частоту водородного генератора резонатор помещают в многослойный экран 5.

В Государственном первичном эталоне времени и частоты используются квантовые меры, в которых за опорную принимается частота, соответствующая частоте энергетического перехода в атомах или молекулах выбранного вещества. Квантовые меры подразделяются на реперы и хранители. Они различаются тем, что реперы включаются эпизодически с целью осуществления поверок и регулировок средств измерения частоты, а хранители (часы) работают непрерывно и для них определяется значение фазы выходного сигнала относительно некоторого начального момента. Таким образом, квантовые меры частоты (реперы) обеспечивают воспроизведение единицы времени и частоты, а квантовые часы (хранители времени) служат для воспроизведения шкал времени ТА (SU) и UTC(SU).

В состав Государственного первичного эталона входят: цезиевый репер; цезиевые часы; водородные реперы и часы; рубидиевые часы (квантовый генератор на рубидии с оптической накачкой); аппаратура внутренних и внешних сличений эталонов и аппаратура средств обеспечения.

Цезиевый репер, входящий в состав эталона, включается два раза в месяц, и с его помощью определяют частоту рубидиевых часов, отличающихся высокой кратковременной стабильностью (порядка 1*10 -13 -2*10 -13 в течение 1¸10 с, за сутки приблизительно на два порядка хуже). Одновременно путем сравнения с частотой рубидиевых часов, определяют частоту водородных реперов. После этого в течение полумесяца с ними сравнивают основные хранители эталона - водородные и цезиевые часы.

Государственный первичный эталон времени и частоты обеспечивает воспроизведение единиц с относительным средним квадратическим отклонением результата измерений, не большим 1 * 10 -13 , при неисключенной относительной систематической погрешности, не превышающей 1*10 -12 .

1.2. Классификация способов и методов измерений.

По способу получения результатов измерения (виду уравнения измерения) различают прямые, косвенные, совокупные и совместные измерения.

Прямыми измерениями называют такие, при которых значение физической величины находят непосредственно из опытных данных (уравнение Q = X). Пример: измерение тока с помощью амперметра.

Косвенные измерения - такие, при которых искомое значение физической величины Y находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами X 1 , X 2 ,….X n подвергаемыми прямым измерениям. Y= f(X 1 , X 2 ,….X n). Пример: измерение мощности методом амперметра, вольтметра. P = U*I.

Совокупными измерениями называют измерения, производимые одновременно для нескольких одноименных величин, при которых искомую величину находят решением системы уравнений, получаемых при прямых измерениях различных сочетаний этих величин.

Пример: измерение индуктивности катушки и межвитковой ёмкости.

Совместными измерениями называют проводимые одновременно измерения двух или нескольких неодноимённых величин для нахождения зависимости между ними.

Пример: определение температурного коэффициента сопротивление резистора.

Принцип измерений - совокупность физических явлений, на которых основаны измерения. Пример: измерение напряжения на основе электростатического взаимодействия заряжённых проводников.

Метод измерений - совокупность приёмов, используемых принципов и средств измерения. Различают два основных метода измерений: непосредственной оценки и сравнения с мерой.

Метод непосредственной оценки - метод измерений, в котором значение физической величины определяют непосредственно по отсчётному устройству измерительного прибора прямого действия.

Методы сравнения с мерой - методы измерений, в которых измеряемую величину находят, сравнивая с величиной, воспроизводимой мерой. Пример: измерение напряжения постоянного тока на компенсаторе сравнением с Э.Д.С. нормального элемента. В методе сравнения с мерой можно выделить следующие разновидности:

а) Метод противопоставления, - в котором измеряемая величина и величина воспроизводимая мерой одновременно воздействуют на прибор сравнения, с помощью которого устанавливается соотношение между этими величинами. Пример: измерение частоты на осциллографе с помощью фигур Лиссажу.

б) Нулевой метод – разновидность метода сравнения, в которой результирующий эффект воздействия на прибор сравнения доводят до нуля.

в) Метод дифференциальный , в котором на измерительный прибор (не обязательно прибор сравнения) действует разность измеряемой величины и величины воспроизводимой мерой. Пример: измерение электрического сопротивления мостом с неполным его уравновешиванием.

г) Метод замещения, - в котором измеряемую величину замещают в измерительной установке известной величиной, воспроизводимой мерой, Пример: измерение амплитуды напряжения на осциллографе, имеющем калибратор напряжения.

д) Метод совпадения - о значении разности измеряемой величины и величины воспроизводимой мерой судят по совпадению отметок шкал или периодических сигналов. На этом методе основана работа многих цифровых измерительных приборов, стробоскопа, нониусной шкалы.

1.3. Элементы теории погрешностей

В зависимости от характера проявления, причин возникновения, а также способов учёта или исключения все погрешности измерений можно разделить на три группы:

1) случайные;

2) систематические;

3) Грубые погрешности и промахи.

Случайной погрешностью называется составляющая погрешности измерений, изменяющаяся случайно при повторных измерениях одной и той же величины. Причины их возникновения и закономерности неизвестны или их невозможно учесть. Эти погрешности обусловлены случайными факторами.

Систематической погрешностью измерений называется составляющая погрешности, остающаяся постоянной или закономерно изменяющаяся при повторных измерениях одной и той же величины. Эти погрешности обусловлены факторами, которые в процессе измерений остаются постоянными или изменяются по определённому закону. Их можно учесть или исключить из результатов измерений.

Грубые погрешности - погрешности измерения, существенно превышающие ожидаемые при данных условиях. Они возникают под влиянием неожиданно сильного проявления одного из случайных факторов. Промахи связаны с неверными действиями оператора.

По причине возникновения погрешности можно разделить на инструментальные, погрешности установок, внешних влияний, методические, субъективные.

Инструментальные погрешности - обусловленны несовершенством инструментальных средств. Пример: погрешность из-за неточности нанесения делений на отсчетную шкалу, погрешность из-за люфтов и износа деталей.

Погрешность установок - возникает при работе приборов в неправильном положении или из–за несогласованности характеристик приборов, составляющих измерительную установку.

Погрешности внешних влияний появляются в связи с тем, что на работу прибора или количество меры могут оказать влияние температура окружающей среды, влажность, давление, вибрация, воздушные потоки, электрические и магнитные поля

Методические (теоретические) погрешности возникают вследствие недостаточной разработки теории метода измерения, а также от упрощений, допускаемых при проведении измерений. Пример: Подключение вольтметра с недостаточной чувствительностью (малым внутренним сопротивлением) может существенно изменить распределение токов и напряжений в исследуемой схеме.

Субъективные (личные) погрешности обусловлены индивидуальными особенностями оператора (слухом, зрением и т.д.).

Случайные погрешности

Причин, вызывающих погрешности, может быть много, а влияние каждой из них мало и изменчиво. В этом случае величина погрешности является случайной. Устранить случайные погрешности невозможно, но существуют методы их оценки, основанные на теории вероятности и математической статистике. Задача оценки погрешности результата измерения состоит в том, чтобы охарактеризовать неопределённость полученного результата, т.е. указать границы изменения погрешности результата измерения при повторных измерениях. Наиболее полной характеристикой случайной погрешности, как и любой случайной величины, является закон распределения их вероятностей, определяющий возможные значения случайной погрешности и вероятность их появления

В большинстве физических измерений случайные погрешности подчиняются закону нормального распределения - закону Гаусса .

Случайную погрешность DX i i -го результата измерении можно представить как разность между результатом измерения и математическим ожиданием М[Х] измеряемой величины, которое при отсутствии систематических погрешностей принимается за истинное значение измеряемой величины.

Секунда - это то, на что в повседневной спешке мы обычно не обращаем внимания, считая ее чем-то мелким и несерьезным. В то же время мощнейшие умы прошлого трудились над тем, чтобы научиться правильно определять ее длину. Поэтому давайте попробуем более внимательно рассмотреть значение и происхождение этого термина. Ведь он имеет не одно, а сразу несколько толкований.

Что такое время

Рассматриваемое понятие весьма близко связано с такой важной философской и физической категорией, как время. Поэтому, прежде всего, стоит узнать, что это.

Этим словом именуется мера длительности существования всех объектов во Вселенной. Кроме того, это характеристика последовательной смены состояния всех и каждого предмета в процессах (включая сами процессы), их изменение и развитие.

Также время является одной из координат единого пространства-времени, которое рассматривается в рамках теории относительности.

С точки зрения философии этим термином именуется необратимое течение из прошлого в будущее через настоящее.

Секунда - это что такое?

Рассмотрев, что такое время, стоит перейти к секунде. Она является его единицей измерения. Причем используется как в метрической, так и в американской измерительных системах.

Сокращенное обозначение секунды - это строчная литера «с» в кириллице и «s» в латинице. Иногда используется вариант "сек" или "sec", однако лишь немногие его приемлют.

Другие значения термина

Помимо темпоральной единицы измерения рассматриваемое существительное также имеет несколько дополнительных значений:

Так называется второй или вторящий музыкальный инструмент в оркестре. Например: флейта-секунда.
Также в музыке рассматриваемый термин имеет еще одни способ трактовки. Согласное ему секунда - это вторая ступень звукоряда диатонического и одновременно интервал между его соседними нотами.
Кроме всего перечисленного, данный термин является единицей, с помощью которой измеряются плоские углы. В таком случае секунда обозначается значком «""» сверху возле цифры, как степень: 26 "".Такая секунда - это дольная величина угловой минуты (1/60) или углового градуса (1/3600).
Иногда рассматриваемое существительное употребляется в художественной речи для обозначения весьма короткого временного промежутка. Например: «Всего секунда прошла, как я отвернулась - и он исчез». Или «Мне показалось, что в эту секунду мое сердце выпрыгнет из груди от счастья». В обоих случаях описываемое происшествие могло длиться дольше или наоборот меньше, чем традиционная единица времени. К примеру, не 1, а 5 секунд. Или наоборот - ее половину, четверть, шестую часть и т.п.
Кроме всего прочего, данный термин вместе с единицами длины используется для измерения скорости («V»). В зависимости от системы отличаются используемые единицы длины. Если это Система СГС - V измеряется в сантиметрах на секунду (см/с). Если система СИ - в метрах на секунды скорость измеряется (м/с).

Происхождение изучаемого существительного

Рассматриваемый термин пришел во все современные языки из латыни. Он был образован от слова secund, что значит «второй/вторая» (отсюда в английском языке сохранилось порядковое числительное second). Кстати, в таком значении термин остался в музыке (вторая ступень, второй музыкальный инструмент).

Как же связано числительное и промежуток времени? Очень просто. Дело в том, что в Древнем Риме один час делился дважды на шестьдесят. Первое такое деление (в результате которого выделялись минуты) именовалось prima divisio, а второе - secunda divisio. Образованные таким способом части часа постепенно стали именовать в честь самого способа деления - «секундами».

В средневековой латыни, которая была несколько далека от оригинального языка римлян, начали использоваться другие выражения: pars minuta prima («первая мелкая часть») и pars minuta secunda («вторая мелкая часть»). Речь тоже шла о делении часа на минуты и секунды.

Широкое распространение в качестве названия промежутка времени изучаемое существительное приобрело во всем мире лишь в семнадцатом-восемнадцатом столетиях. Однако в Англии этот термин учеными применялся еще в тринадцатом веке.

История внедрения секунды

На протяжении всей истории науки Древнего Мира при вычислении времени ученые выделяли мелкие промежутки времени. Они позволяли вычислять невидимые глазу процессы вроде химических или физических реакций и т.п.

Первые часы с секундной стрелкой появились уже в шестнадцатом веке. Однако в те годы размер секунды постоянно колебался.

Как единица измерения промежутков времени в точных науках секунда впервые была использована в 1832 г. Подобная идея принадлежала немецкому математику Карлу Фридриху Гауссу.

Однако чтобы данное нововведение было принято прочими учеными мужами, понадобилось еще тридцать лет, по истечению которых Британская Научная Ассоциация постановила всем своим членам использовать эту единицу измерения времени.

В дальнейшем, вслед за Англией, вся Европа постепенно перешла на секунды. Первыми это сделали страны, у которых активно развивалась наука. Ведь для проведения различных экспериментов необходимо было знать точное время с секундами. Особенно если учесть, что к концу девятнадцатого века ученые всего мира активно изучали молекулярную и атомную химию и физику. А, как известно, некоторые соединения способны существовать и не распадаться всего несколько секунд. Чтобы иметь возможность их выделить и изучить, нужно было четко знать время их "жизни".

В будущие годы рассматриваемая единица стала столь популярной, что постепенно была включена во многие системы измерения:

СГС (сантиметр - грамм - секунда);
МКС (метр - килограмм - секунда);
МКСА или система Джорджи (метр - килограмм - секунда - ампер) и другие.

Стоит отметить, что тогда еще применялась солнечная секунда, вычисляемая по солнечным суткам.

Секунда атомного времени

К средине ХХ в. ученые экспериментально доказали, что Земля вращается вокруг своей оси и Солнца не всегда равномерно, как это считалось ранее.

Она то замедляется, то наоборот ускоряется в виде нерегулярных скачков. Из-за этого в разные периоды времени величина секунд могла отличаться. Чтобы исправить это упущение, виднейшие математики и физики пытались вычислить средний солнечный год или же составить таблицы изменения его длины.

Однако в дальнейшем ситуация решилась более простым способом. В начале шестидесятых в качестве эталона для стали применять не солнечные сутки и их дольные единицы, а атомные.

Они измерялись при помощи так называемых атомных часов. Этот прибор вычислял время, ориентируясь на колебания, связанные с реакциями, происходящими в атомах и молекулах.

С помощью подобного нововведения было изменено определение размера одной секунды. Начиная с 1967 г. и по сей день данная величина равна 9 192 631 770 плюс/минус 20 периодам излучения от элемента цезий-133 при температуре, равной 0 Кельвинов, без воздействия внешних полей.

Стоит отметить, что современная атомная секунда немного короче, нежели предшествующая ей солнечная. Однако особого влияния на более крупные единицы времени эта разница не оказала.

Минуты, часы и сутки

Являясь единицей измерения времени, секунда соотносится с такими понятиями, как минуты, часы и сутки.

Стоит обратить особое внимание на то, что в данном случае действует не десятичная система исчисления, а шестидесятеричная. Согласно ей одна минута равна 60 секундам, а один час - 3600 секундам (60 минут).

Поскольку в сутках не шестьдесят, а всего двадцать четыре часа, то получается, что в них 86400 секунд.

При желании можно соотнести рассматриваемую величину с более крупными единицами вроде недели (604800 с), месяца (2 678 400 с или 2592000 с), года (31 557 600 с, если речь идет о 365,25 днях). Однако числа получаются слишком большими и неудобными для расчетов.

Кратные единицы секунды в системе СИ

Помимо календарных единиц рассматриваемый термин также соотносится с системой СИ и ее элементами. Поскольку она строится на десятеричном методе исчисления, то приведенный выше способ перевода секунд в минуты или часы не приемлем для СИ. Чтобы найти кратные единицы, нужно умножать не на шестьдесят, а на десять.

Давайте рассмотрим наиболее известные кратные единицы секунды. Чаще всего в вычислениях в физике и астрономии применяются килосекунды (10 3), мегасекунды (10 6), гигасекунды (10 9) и терасекунды (10 12).

Реже - петасекунды (10 15), эксасекунды (10 18), зеттасекунды (10 21) и иоттасекунды (10 24).

Также учеными выделены декасекунды (10 1) и гектосекунды (10 2), однако на практике они почти никогда не используются.

Дольные единицы

Хотя секунда сама по себе весьма крохотная, в системе СИ из нее выделяются еще меньшие дольные единицы.

Самые известны из них - миллисекунды (10 -3), микросекунды (10 -6) и наносекунды (10 -9).

Чуть реже используются пикосекунды (10 -12), фемтосекунды (10 -15), аттосекунды (10 -18), зептосекунды (10 -21) и иоктосекунды (10 -24).

И почти неприменимы на практике - децисекунды (10 -1) и сантисекунды (10 -2).

Секу́нда (обозначение: s, с) - единица измерения времени, одна из основных единиц СИ и СГС. Одна секунда - это интервал времени, равный 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133 при отсутствии возмущения внешними полями. В истории развития секунды несколько этапов. Ранее единицу определяли исходя из солнечных суток, так как продолжительность суток меняется, то определяли сутки 1с=1/86400 солнечных средних суток. Средними солнечными сутками называется интервал времени между двумя последовательными верхними кульминациями «среднего солнца». «Среднее солнце» - это воображаемая точка, которая обходит небесный свод, двигаясь равномерно по небесному экватору за такой же промежуток времени, что и истинное Солнце, движущееся неравномерно по эклиптике.

Определение секунды, связанное со средними солнечными сутками, обладает существенным недостатком. Как показали наблюдения, суточное вращение Земли вокруг своей оси, на котором основано определение средних солнечных суток, подвержено колебаниям, закономерности которых пока еще не установлены и учету не поддаются. Известно, что за последнюю треть XIX в. продолжительность суток увеличилась на 0,007 с, а за первую треть XX в.- уменьшилась на 0,005 с. С 1934 г. продолжительность суток увеличивается. Из-за возникшей в связи с этим неточностью в определении секунды пришлось отказаться от эталона единицы времени, связанного с суточным вращением Земли.

В качестве эталона времени был принят тропический год, т. е. промежуток времени между двумя последовательными прохождениями Солнца через точку весеннего равноденствия. Но так как тропический год вообще величина непостоянная (продолжительность его уменьшается на полсекунды за столетие), то в качестве эталона надо было принять продолжительность какого-нибудь определенного года. За такой год был принят 1900 год, начинавшийся для гринвического меридиана в полдень 1 января 1900 г.

В целях дальнейшего повышения точности воспроизведения единицы времени и частоты XII Генеральная конференция по мерам и весам и Международный комитет мер и весов в 1965 г. приняли для временного применения определение секунды, основанное на атомном эталоне частоты. В декларации Международного комитета сказано, что этот «эталон представляет собой переход между сверхтонкими уровнями F=4 , М=0 и F=3, M=0 основного состояния 2s1/2, атома цезия-133, не возмущенного внешними полями, и что частоте этого перехода приписывается значение 9 192 631 770 герц». Из такого определения эталона следует, что секунда - это время, в течение которого совершается 9 192 631 770 переходов между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133.

Воспроизведение секунды осуществляется в цезиевом эталоне частоты, принцип действия которого состоит в следующем. Если атомам цезия сообщить тепловые скорости около 200 м/с и пропустить пучок таких атомов в вакуумной камере через высокочастотное поле, то при определенной частоте этого поля, близкой к собственной частоте атомов, происходит их ионизация. Улавливая ионы с помощью особого детектора и измеряя создаваемый ими ток, можно по максимуму силы этого тока установить частоту поля, при которой наступает резонанс и которой соответствует определенная линия поглощения. Частота линий поглощения с помощью особой системы сравнивается с частотой кварцевых часов.

Государственный первичный эталон времени и частоты содержит: 1) водородные и кварцевые генераторы; 2) делители частоты; 3) аппаратуру для сличения частот; 4) аппаратуру для приема и регистрации радиосигналов.

В 1997 году Международное бюро мер и весов уточнило, что в этом определении фигурирует атом цезия, который покоится при нулевой абсолютной температуре. В новейших моделях цезиевых часов (их называют фонтанными) это требование почти идеально реализуется с помощью лазерного охлаждения атомов.

Единица осталась той же, но найден другой способ се воспроизведения. Воспроизведение осуществляется атомно-нулевыми часами. Благодаря сигналам точного времени и частоты, передаваемых по телевизору, радио и другим каналам связи, единица времени и частоты воспроизводимой государственным первичным эталоном стали доступны для всех пользователей. После государственных эталонов в поверочной схеме расположены эталоны копий и рабочие эталоны (квантовые, перевозные часы).

В России главный эталон времени находится во Всероссийском научно-исследовательском институте физико-технических и радиотехнических измерений (ВНИИФТРИ) под Москвой, это сложный комплекс, в который входят дающие строго определенную частоту генераторы, водородные хранители частоты, хранители шкал времени, приборы для измерения временных интервалов и другая аппаратура. Некоторые составляющие эталона уникальны, например радиооптический частотный мост, служащий для измерения частот излучения лазера. Кроме России такие мосты есть только в США, Канаде, Франции и Великобритании. Российский госэталон времени входит в группу лучших мировых эталонов, его относительная погрешность не превышает 5х10 -14 , т.е. 0,000000000000005 сек, что позволяет накопить погрешность не более 1 секунды за полмиллиона лет.

По материалам сайтов: wikipedia.org; www.omedb.ru; www.internet-school.ru; www.inventors.ru; www.astrocentr.ru

Помощь по Теле2, тарифы, вопросы