Все, кто когда‑либо смотрел на часы в ожидании чего‑то важного! Отложите свои дела. То, о чем я расскажу, перевернет ваше представление о времени. Ученые из Университета Торонто совершили прорыв, который позволяет нам не просто измерить время, а услышать идеальную тишину его хода.
Вся история цивилизации — это поиск идеального ритма. Но все наши маятники и кварцевые резонаторы были попытками измерить секунду по колебаниям ветра. В 1967 году мы, казалось, нашли абсолют: эталоном секунды объявили 9 192 631 770 колебаний атома цезия. Но и у этого триумфа был изъян.
Проблема в том, что атомы при комнатной температуре похожи на толпу на стадионе — они находятся в постоянном движении, сталкиваются и создают невообразимый шум. Выделить чистый сигнал из этого хаоса — невероятно сложная задача. Чем выше температура, тем сильнее этот шум, поэтому, чтобы избавиться от него, логично заморозить систему. Учёные из Торонто создали первые в мире криогенные оптические часы на одном-единственном ионе стронция.
В чём же прорыв?
Внутренние колебания стронция соответствуют оптическому диапазону, а не микроволновому, как у цезия. Это означает, что стронцевые часы отсчитывают гораздо больше "тиков" в секунду и, как следствие, могут быть гораздо точнее. Для сравнения, атом цезия за секунду совершает примерно 9 миллиардов колебаний, а атом стронция за то же время — примерно 430 триллионов.
Важно, что это не механические колебания, а внутреннее свойство атома, подобно квантовому паспорту. Электрон в атоме всегда готов совершить прыжок с одного энергетического уровня на другой, при условии, что ему передадут строго определенную порцию энергии — фотон нужной частоты. Такой переход и будет определять колебание. Этот «паспорт» не меняется от температуры, он — константа.
Ключевым прорывом команды стало охлаждение захваченного атома стронция до температуры ниже пяти градусов Кельвина (около -268 °C), что позволило резко сократить тепловое излучение и устранить шум — один из основных источников погрешностей. После заморозки лазерный луч настраивается на колебания стронция, направляя на замороженный атом поток фотонов. Если фотон имеет идеально подходящую частоту, электрон поглощает энергию и перепрыгивает на другой энергетический уровень. На детекторе фиксируется резонанс. Если частота хоть чуть-чуть не совпадает, атом остаётся безразличен. Фотоны пролетают мимо.
Система обратной связи всегда подстраивает частоту лазера, чтобы атом постоянно «подтверждал» резонанс своим безмолвным ответом. Фактически, атом выступает немым дирижером, а лазер — его оркестром.
Результат ошеломляет: новые часы потенциально в 100 раз точнее нынешнего цезиевого эталона. Мы стоим на пороге переопределения самой секунды.
Что изменится?
Что если весь мир перейдет на новый формат времени? Для обычного человека в первое время ничего не изменится. Наши наручные часы не начнут вдруг идти точнее. Но фактически изменится все. Мы получим невидимый, но невероятно прочный и точный фундамент, на котором будет построена технологическая цивилизация будущего.
Навигация (GPS, ГЛОНАСС) будет определять наше местоположение с точностью до сантиметров. Беспилотные автомобили смогут безопасно маневрировать в плотном потоке. Связь станет сверхнадежной, позволяя проводить удаленные операции в реальном времени без малейшей задержки.
Такие часы смогут измерять гравитационное поле Земли с невероятной точностью. Если под горой начнет копиться магма, ее масса немного изменится, а следовательно, изменится и гравитация. Сверхточные часы, разбросанные по планете, смогут уловить эти изменения и предупредить о извержении вулкана за недели, а не за часы. То же самое с движением тектонических плит и землетрясениями.
Помимо этого, с таким точным детектором можно будет проверить законы мироздания. Фундаментальные константы, такие как: скорость света, постоянная Планка — это основа нашей физики. А что, если они непостоянны? Такие часы способны уловить малейшие изменения известных величин. Если они это сделают, все наше представление о Вселенной перевернется. Мы даже сможем «увидеть» темную материю, которая, пролетая сквозь Землю, будет едва заметно влиять на ход времени в этих часах.
Формально секунда пока не изменилась. Мировому научному сообществу предстоит кропотливая работа: проверить, воспроизвести и согласовать эту невероятную точность.
Но факт остается фактом: мы перестали быть просто наблюдателями времени. Мы научились слушать его эталонную частоту в абсолютной тишине. Мы ведем безмолвный диалог с самой материей. И ее ответ, который мы только начали слышать, обещает переписать учебники физики, ведь когда бы секунду не переопределили (на официальном уровне), использовать новые часы для поиска темной материи в лаборатории можно уже сегодня.
Больше интересного читай в моем Telegram канале.
Комментарии (43)
haryaalcar
25.11.2025 13:28Может есть элемент, который даст ещё более высокочастотные колебания, чем стронций? Чтобы два раза не ходить, и не переопределять секунду и константы опять через пару лет.
anonymous
25.11.2025 13:28
Tiriet
25.11.2025 13:28А более высокочастотные- это уже рентген. С совершенно другими энергиями квантов и там уже электрон не перейдет на другой уровень, а улетит на бесконечность. Не то пальто... Да и лазер рентгеновский тоже не самая удобная штука.
StjarnornasFred
25.11.2025 13:28Учитывая, что на цезии секунда была определена аж полвека назад - два раза и так не ходили.
engine9
25.11.2025 13:28Мне чем-то восторженный тон статьи напомнил публикации из ЮТ. Это не плохо.
Только мне показалось, что есть неточность. Сверхточный стандарт не способен устранить задержку сигнала, которая набегает по фундаментальным причинам.
checkpoint
25.11.2025 13:28Внутренние колебания стронция соответствуют оптическому диапазону, а не микроволновому, как у цезия. Это означает, что стронцевые часы отсчитывают гораздо больше "тиков" в секунду и, как следствие, могут быть гораздо точнее. Для сравнения, атом цезия за секунду совершает примерно 9 миллиардов колебаний, а атом стронция за то же время — примерно 430 триллионов.
С чего автор статьи взял в голову, что увеличение частоты хода часов увеличивает точность отсчета времени ? Это же теплое и мягкое.
Трнанзистор на частоту 430 ТГц уже создали ? Как сделать счетчик для такой частоты ? Я догадываюсь, что 430 ТГц можно понизить "волновыми" методами, но тогда как быть с первым пунктом ?
LinkToOS
25.11.2025 13:28можно понизить "волновыми" методами, но тогда как быть с первым пунктом?
Частота на электрическом выходе конечно сравнительно низкая. В пределах нескольких гигагерц, может быть. Но противоречия нет. Точность периода зависит от базовой частоты.
Вот для примера описание оптических часов. Правда довольно древних.
An Optical Clock Based on a Single Trapped 199Hg1 Ion
https://tf.nist.gov/general/pdf/1425.pdf
An optical lattice clock
https://www.researchgate.net/publication/7839842_An_optical_lattice_clock
Melirius
25.11.2025 13:28С одной стороны да, но с другой - считать мы умеем только целые колебания, потому чем их больше, тем точнее часы можно сделать.
YDR
25.11.2025 13:28Частота колебаний уменьшает дискретность измерения. Для "точности" нужна эта "дискретность" и "стабильность".
В принципе, лазер, стабилизированный ФАПЧ на хороший эталон - это в любом случае здорово. Им можно потом в оптоволокно светить, и направлять в интерферометрический центр сравнения.
Eone12345
25.11.2025 13:28Отвечу на первый вопрос. Для примера: возьмём палку длиной один метр, вы сможете измерить расстояние в метрах, с погрешность в плюс минус один метр, для более точных измерений вы нанесёте деления сантиметров и тогда вы уже сможете измерить расстояние в плюс минус один сантиметр. Потом миллиметры и так далее. Также и с частотой, вы добавляете деление шкалы на отрезке секунды, соответственно чем больше частота в секунду, тем точнее измерения. Если вы возьмёте обычный секундомер, вы сможете измерить отрезок времени с точностью в плюс минус доли секунды, а там частота просто зашкаливает и каждая единица отклонения может показаться колоссальную точность и погрешность
progmanth
25.11.2025 13:28Связь станет сверхнадежной, позволяя проводить удаленные операции в реальном времени без малейшей задержки.
это какая то новая магия ? На каких физических принципах это все будет достигнуто?
Calculater
25.11.2025 13:28Еще интереснее, как это беспилотные авто за счет новых часов станут вдруг безопаснее. Работа с нестандартными ситуациями на дорогах требует улучшенного распознавания, новых усовершенствований алгоритмов оценки контекста, принятия решений в зависимости от него, но точность часов на это никак не повлияет, т.о. узкое место этой технологии – совсем не отсутствие сверхточных часов. И даже вычислительную мощность бортового проца не увеличит. В конце концов, хорошие атомные часы просто не поместятся в обычное авто, а компактные CSAC и DSAC много лучше кварцевых, но до уровня лабораторных им далековато.
StjarnornasFred
25.11.2025 13:28Если вкратце, обеспечить безопасность самобеглых автомобилей можно двумя способами - через строгое соблюдение ПДД и через повышение точности работы.
В первом случае они будут обучены не нарушать ПДД, а поскольку ПДД исключают возможность ДТП при их всеобщем соблюдении, то и аварийность будет не выше, чем у несчастных случаев.
Во втором случае ПДД будут в принципе не нужны, потому что беспилотники научатся связи друг с другом и с центральным сервером. А тот просто-напросто велит обгоняющему набрать скорость 253 км/ч, обгоняемому сбросить до 224, встречке сбросить до 188 и сместиться влево на 7 см, затем по завершении обгона всем вернуть штатную скорость, оптимальную с учётом мощности, массы, уровня загрузки и рассчитанного по пробегу износа шин - и никакие правила приоритета будут не нужны. А на перекрёстках будут 2 потока один сквозь другой на полной скорости.
acsent1
25.11.2025 13:28Для движения без пдд нужны невероятно надежные авто как физически, так и програмно. Но пока прорывов в этом направлении нет
piuzziconezz
25.11.2025 13:28И тут откуда не возьмись - выебона на дороге! Ах да, их же не будет, все будет идеальное.
a1maren
25.11.2025 13:28"Связь станет сверхнадежной, позволяя проводить удаленные операции в реальном времени без малейшей задержки."
Как задержки (связи?) связаны с точным измерением времени ?
Zarifa Автор
25.11.2025 13:28Это достигнуто не за счет ускорения сигнала (со скоростью света ничего не поделаешь), а за счет его идеальной синхронизации и организации. Например, для приема слабого сигнала можно использовать несколько антенн. Сигнал приходит к ним с чуть разной задержкой. Если вы знаете это время с абсолютной точностью, вы можете "сложить" эти сигналы, усилив полезные данные и подавив шумы.
Плюс ко всему, стабильность частоты лазеров в таких часах напрямую используется в квантовой связи и системах связи следующего поколения. Лазерный луч, стабилизированный атомом, — это идеальная "несущая волна", на которую можно наложить информацию. Любые попытки подслушать или "врезаться" в такой сигнал будут сразу же обнаружены, так как исказят его когерентные свойства.
Когда все элементы сети синхронизированы с наносекундной точностью, можно реализовать детерминистические сети. Будет точно известно в какое время (вплоть до наносекунд) какой пакет данных окажется в каком узле.
Norobe
25.11.2025 13:28это называется фазированая антенная решетка, и точные часы там вообще не нужны.
Часы так-же совсем не нужны и для квантовой связи.
Ну и заключением, весь этот текст не отвечает на основной вопрос, как точные часы могут уменьшить задержку. Синхронизация ее если и уменьшит, то ето капля в море, если вы о задержке за счёт пакетов синхронизации или преамбуле то они передаются то однажды, и дальше не имеют ничего общего с задержками.
Vytian
25.11.2025 13:28Как же задрал этот нейросетевой перевод пересказов из мурзилок, основанных на прессрелизах PR-отделов заштатных университетов.
В этом тексте неувязки, подтасовки, прямая ложь и просто чепуха практически в каждом содержательном высказывании. Слава Локи, что содержательных высказываний в нём мало.
Norobe
25.11.2025 13:28Навигация (GPS, ГЛОНАСС) будет определять наше местоположение с точностью до сантиметров.
Мы уже имеем сантиметровую точность GPS с RTK поправками. И Цезиевых часов для этого хватает с головой. Проблема в другом, скорость распространения сигнала зависит от среды (атмосферы), которая постоянно изменяется, и для чего нужны поправки. А более точные часы изменят ровным счётом - ничего.
chnav
25.11.2025 13:28более точные часы изменят ровным счётом - ничего.
Видимо речь про автономное позиционирование, более точный стандарт частоты на спутниках может улучшить позицию на Земле на пару метров, но про сантиметры, естественно, речи быть не может.
RTK это всё-таки другой сегмент и технология, не для массового применения. Я застал времена GPS ещё с загрублением сигнала SA и ничего, работали с DGPS, MultiReference DGPS... По сути мало что меняется последние 30+ лет, хочешь точность - ставь базовую станцию.
youzhick
25.11.2025 13:28По идее, как раз RTKшное решение более точные часы и могут улучшить. А для standalone часы и сейчас не являются узким местом: там ионосфера всю точность съедает
chnav
25.11.2025 13:28Есть выкладки в учебниках про влияние разных факторов на точность позиции, и часы спутников не исключение.
Ионосферная модель присутствует в каждом приёмнике и частично компенсируется. А если есть какой-то рабочий SBAS (Европа, Америка) то тем более вещаются поправки и состояние ионосферы на весь земной шар по сетке. Можно сказать это тоже автономное позиционирование т.к. не требует от юзера вообще никаких телодвижений, в отличие от RTK. Так что как ни крути - точные спуниковые часы улучшат точность и стабильность позиционирования, но, как я сказал выше, не до сантиметров.
PS: RTK это не даст особого улучшения т.к. практически все ошибки спутников устраняются двойными разностями, и вообще позиционирование ведётся относительно базы, а не от спутников :))
ssj100
25.11.2025 13:28стронцевые часы отсчитывают гораздо больше "тиков" в секунду и, как следствие, могут быть гораздо точнее. Для сравнения, атом цезия за секунду совершает примерно 9 миллиардов колебаний, а атом стронция за то же время — примерно 430 триллионов.
Каак ? это можно реально и достоверно просчитать? будь то цезий будь то стронций ?
Melirius
25.11.2025 13:28Ну да, можно. Там выше добрый человек даже ссылки на подробное описание дал.
YDR
25.11.2025 13:28Счётный частотомер на 9 ГГц - вполне реальная недорогая штука. Ему только вот эталонная секунда нужна, но не можно с GPS брать (если не не глушат)
Nickforhabrr
25.11.2025 13:28Уточнение времени, это, безусловно, полезно. Но тёмная материя.... Есть мнение, что её, простите, всё-таки не существует. Да любая другая гипотеза по теме выглядит перспективнее!
sanalex76
" Мы даже сможем «увидеть» темную материю, которая, пролетая сквозь Землю, будет едва заметно влиять на ход времени в этих часах"
Как?
За счет изменения хода времени из-за изменения гравитации?
Zarifa Автор
Да, частота перехода в атоме зависит от многих постоянных: постоянной тонкой структуры, постоянной Планка, массы электрона, скорости света. Если хотя бы одна из этих констант немного изменится, частота перехода в часах тоже изменится. Если темная материя существует, то её поле может очень слабо взаимодействовать с обычной материей.
Если через Землю проходит "волна" темной материи, она затронет часы в разных точках в разное время. Сравнивая показания стронциевых часов в разных уголках мира, можно увидеть характерную корреляцию — последовательный "всплеск" расхождений. Но гораздо эффективней использовать два разных вида часов на иттербии, скажем... и на стронции, тогда их показания будут расходиться предсказанным теорией образом и доказательства будут более убедительными.
Malorik
Жаль к сути мироздания не подпустят, пока люди буду продолжать молиться черному Кубу а не изучать его структуру и реальное происхождение, назначения. Суть мироздания и без стронция становится более понятна ещё со времён Дарвина и ещё более понятной стала со времён Менделеева, а в современном мире просто очевидна.
Zarifa Автор
Можете поделиться Вашим мнением, по поводу структуры и реального происхождения "Черного куба"?
legiomihi
Просто почитайте про теорию "эфира" и все про т.н. темную материю станет понятно. Это банальная подгонка наблюдаемых эффектов под теоретическую часть чтобы седобородым профэссорам и акадэмикам не разводить беспомощно руками и не говорить "мы ничего не знаем и не понимаем во вселенной" и не потерять финансирование своих богаделен в виде очень научных институтов.
Tiriet
Просто посчитайте хоть что-нибудь по теории эфира и тогда можно будет обсуждать богадельни. Для начала- хрестоматийную процессию орбиты Меркурия.
StjarnornasFred
Дядь, в 2k25 теория эфира уже вышла из моды!
Zenitchik
2.25k ?..
lak
2.25K = 2250, так что 2,025K )
Zenitchik
Но ведь буква десятичной приставки в середину числа ставится на место десятичной точки!
Tiriet
не скажите. последнее время появляется довольно много любителей разного винтажного и раритетного- цилиндров, моноклей, хронометров на цепочках и всякого такого. Особо вычурные персонажи косят под позапрошлый век не только внешне, но и в ментальном плане, до теплорода еще не дошли (любители внешней атрибутики тоже панталоны не носят :-)), но вот критику МКТ и главное- отказ от ОТО в пользу эфира- все чаще и чаще можно встретить в наше время. Мода-с- она циклична...
sneg2015
Вы из 2к17 года пишите? Кажется тогда так было модно)