Atomic Clocks
Geschichte und Entwicklung
Atomuhren sind seit über fünfzig Jahren bei uns und die meisten Leute haben von ihnen gehört und wissen, dass sie sehr genau sind, aber wie genau sind sie und warum brauchen wir so genaue Uhren?
Atomuhren werden von vielen von uns benutzt, auch wenn wir uns dessen nicht bewusst sind. Die Zeit, die sie erzählen, wird um die Welt weitergeleitet und von Zeitservern mit dem Protokoll NTP abgeholt, um Netzwerke zu synchronisieren, sie sind für viele Technologien, wie globale Satellitennavigation und TV-Signal-Timings, von entscheidender Bedeutung.
Vor der Entwicklung der Atomuhr waren die genauesten Zeitmessgeräte elektronische Uhren, die jede Woche ein oder zwei Sekunden verlieren würden. Diese hatten weitgehend mechanische Uhren ersetzt, die noch weniger genau waren.
Die Menschheit hat schon immer eine Faszination für die Verfolgung der Zeit, aber das Wissen um die genaue Zeit war noch nie zu wichtig. Eine zweite oder sogar eine Minute Unterschied macht keinen Einfluss auf unsere täglichen Leben.
Doch wie die Technologie hat die Notwendigkeit für eine präzisere Zeitmessung hat sich erhöht. Satelliten, die navigiert werden müssen und mit der Erde von hundert, tausend und sogar Millionen Meilen entfernt kommunizieren, benötigen ein genaues Timing. Licht und damit Radiowellen können 300,000 km jede Sekunde reisen, so dass kleine Ungenauigkeiten in der Zeit massive Unterschiede haben können.
Die erste genaue Atomuhr wurde im britischen Nationalen Physikalischen Laboratorium in 1955 von Dr. Louis Essen gebaut, der seine Uhr um die Oszillation des Cäsium-133-Atoms gründete. Der Gedanke war eigentlich erst so weit wie 1879 konzipiert, als Lord Kelvin vorschlug, dass die Zeitmessung auf der Grundlage von Atomverhalten eine bessere Möglichkeit war, Zeitintervalle zu zählen als alles andere.
Die erste Generation von Atomuhren (auch als Cäsium-Oszillatoren bekannt) nutzte die Frequenz dieses Atoms, das 9,192,631,770 mal jede Sekunde oszilliert. Essens Modell war in jeder 300-Jahre genau auf eine Sekunde, aber die Entwicklungen des Cäsium-Oszillators bedeuten, dass sie nun alle 80 Millionen Jahre Genauigkeit von einer Sekunde erreichen können.
Doch als Technologien fortgeschrittener werden, bemühen sich die Wissenschaftler, bessere und genauere Uhren zu machen. Rubidium-Standard-Uhren bieten keine bessere Genauigkeit als Cäsium-Modelle, sind aber kleiner und kostengünstiger (Cäsium-Oszillatoren sind in der Regel nur in großflächigen Physik-Laboratorien zu finden).
Uhren mit nur einem einzigen Atom wurden entwickelt, die noch mehr Genauigkeit bieten. Eine Uhr, die auf einem einzigen Quecksilberatom basiert, hat in 400 Millionen Jahren eine Genauigkeit von einer Sekunde erreicht und es wird erwartet, dass eine neue Art von Strontiumuhr, die Licht verwendet, noch besser wird.
Die Zukunft für Atomuhren ist immer zunehmende Genauigkeit kombiniert mit Skalierung der Größe und Kosten von ihnen. Die American National Institute of Standards und Technologie (NIST) haben eine Chip-Größe Atomuhr, die Millisekunden Genauigkeit bietet enthüllt.
Atomuhren sind jetzt Teil unseres Lebens ohne die Zeit, die sie an die Welt übermitteln, die von NTP-Servern abgeholt werden. Moderne Kommunikation von Internet-Shopping und GPS und technologische Fortschritte wie Satellitennavigation würde unmöglich werden.
