Un ceas bate în inima fiecărui atom

Măsurarea timpului a reprezentat dintotdeauna un aspect fundamental pentru oameni, iar diferitele societăți din istorie au identificat diferite metode pentru a-l măsura. 

În cartea „About Time: Cosmology and Culture ar the Twilight of the Big Bang”, se spune că ritmul evoluției culturale poate fi adesea legat de mașinăriile disponibile pentru măsurarea timpului.

• Alessandro Volta, inventatorul bateriei electrice
• Oamenii de știință vor să construiască „Zidul Morții” pe Lună

Aproape fiecare nouă tehnologie de măsurare a timpului a determinat noi aranjamente societale. Ceea ce este remarcabil la tehnologia pe care o folosim in timpurile moderne este faptul că totul rezidă în fizica din spatele scării atomice.

De la poziția Soarelui la cea a electronilor

În epoca pre-industrială, oamenii trebuiau să măsoare timpul doar cu un anumit grad de precizie. Poziția Soarelui pe cer era suficientă pentru a face diferența dintre zi și noapte. Temporizarea la nivel de fracțiune de secundă pur și simplu nu era necesară, arată Big Think.

Este clar că în prezent industria modernă a luat amploare. Mașinile rapide au ajuns să domine activitatea umană, iar ceasurile au trebuit să poată măsura secundele. În era tehnologiilor digitale, temporizarea circuitelor digitale necesită precizie de fracțiune de secundă. Nici una dintre tehnologiile actuale, de la telefoane la mașini, nu pot funcționa dacă timpul nu este calculat cu o precizie extremă.

Pentru că tehnologia să funcționeze, avem nevoie de ceasuri care să meargă mai repede decât temporizarea mașinilor pe care le folosim. Pentru tehnologia actuală, acest lucru înseamnă că trebuie să putem măsura secundele, milisecundele sau chiar nanosecundele cu extrem de multă precizie.

Fiecare dispozitiv de măsurare a timpului funcționează printr-o versiune a unui pendul

Ceva trebuie să penduleze înainte și înapoi pentru a putea forma o unitate de timp. Ceasurile mecanice foloseau roți mecanice și arcuri, dar metalul își schimbă forma pe măsură ce se încălzește sau se răcește, in timp ce frecarea uzează piesele mecanice. Toate acestea limitează precizia mașinilor de cronometrat. Pe măsură ce viteza culturii umane a înaintat, s-a impus necesitatea unui mecanism mai durabil.

Din fericire, specialiștii au descoperit ceea ce se ascunde în inima fiecărui atom, care absoarbe și emite radiație electromagnetică pe frecvențe speciale. Aceste frecvențe se schimbă în funcție de element. Dacă expui un atom de hidrogen la întregul spectru de lumină, acesta va absorbi doar câteva frecvențe – culori.

Alte frecvențe rămân neatinse. În primele decenii ale secolului XX, domeniul mecanicii cuantice a explicat acest comportament ciudat. Teoria cuantica a arătat cum tranziția electronilor definește interacțiunea luminii și materiei. Electronii sar de pe orbita nucleului unui atom, pe alta.

Timpul atomic determină cele mai bune ceasuri

Absorbția implică saltul unui electron pe o orbită mai energetică, pe măsură ce o particulă de lumina sau foton este capturată. Emisia este fenomenul opus. Prin mecanica cuantică, au învățat cum să prezică corect frecventele de absorbție și emisie a atomilor, ionilor sau moleculelor.

Deși nimeni nu știa la acea vreme, aceste salturi cuantice puteau crea premisele unui nou ceas. Frecvența nu este nimic altceva decât timpul inversat. Aceasta înseamnă că un atom sau moleculă poate transcrie o unitate precisă de măsurare a timpului.

Primul ceas atomic se baza pe moleculele de amoniu și pe tranzițiile frecventelor de microunde. Atomii de cesiu mai târziu au devenit instrumentul preferat pentru măsurarea timpului. Nici unul dintre miracolele moderne care ne facilitează viața de zi cu zi nu ar putea funcționa în lipsa acestui pendul din interiorul fiecărui atom.

Vă mai recomandăm și:

Aplicațiile pancreasului artificial. Ce oferă această tehnologie de domeniul SF?

Grădinăritul atomic și planul de a folosi energia nucleară pentru a îmbunătăți plantele

Google aniversează 194 de ani de la naşterea fizicianului Léon Foucault, inventatorul faimosului pendul

NASA va încerca să producă inseparabilitate cuantică în spațiu