Vai izmantojat GPS? Saka "Paldies" Normanam Ramsey (1915-2011) - The-Zinātnes - 2020

Saturs:

Anonim

Norman F. Ramsey var nebūt mājsaimniecības nosaukums, bet viņš bija 20. gadsimta eksperimentālās fizikas milzis. Viņa pamatzinātnes darbs viņam piešķīra 1989. gada Nobela prēmiju fizikā un nodibināja pamatu tehnoloģijām, kuras tagad izmanto miljoniem cilvēku. Viņš nomira pagājušajā piektdienā 96 gadu vecumā.

Pētot, kā atomi un molekulas absorbē un izstaro gaismu magnētiskajos laukos, Ramsey pavēra ceļu kodolmagnētiskās rezonanses pētījumiem, kas ir MRI iekārtu pamatā. Viņa pētījumi arī radīja atomu pulksteņu attīstību. Savā 1993. Tgada jūlija rakstā , kuru man bija patīkami rediģēt, Ramsey un līdzautore Wayne Itano apsprieda nepieciešamību pēc precīzākas laika saglabāšanas:

Tikai daži cilvēki sūdzas par moderno pulksteņu precizitāti, pat ja tie šķiet ātrāki, nekā vēlētos, ja mēs gribētu. Bieži un lēti kvarca kristāla pulksteņi zaudē vai iegūst aptuveni otro nedēļu - padarot tos par pietiekamiem ikdienas dzīvē. Pat pavasara brūces pulkstenis var mūs laikus saņemt uz baznīcu. Stingrākas lietojumprogrammas, piemēram, sakari ar starpplanētu kosmosa kuģiem vai kuģu un lidmašīnu izsekošana no satelītiem, balstās uz atomu pulksteņiem, kas zaudē ne vairāk kā sekundi vairāk nekā miljonu gadu.

Iespējams, ka nav daudz vietas pulksteņu uzlabošanai vai pat vajadzībai pēc precīzākiem.Tomēr daudzas zinātnes un tehnoloģijas lietojumprogrammas pieprasa visu to precizitāti, ko vislabākie pulksteņi var pulcēt, un dažreiz vairāk. Piemēram, daži pulsāri (zvaigznes, kas izdala elektromagnētisko starojumu periodiskajos sprādzienos) dažos aspektos var būt stabilākas nekā pašreizējie pulksteņi. Šādi objekti var nebūt precīzi iestatīti. Precīzām relativitātes pārbaudēm un citām pamatkoncepcijām var būt nepieciešami vēl precīzāki pulksteņi. Šādi pulksteņi, iespējams, kļūs pieejami. Jaunas tehnoloģijas, kas balstās uz atomu un jonu slazdošanu un dzesēšanu, sniedz visu iemeslu uzskatīt, ka pulksteņi var būt 1000 reizes precīzāki nekā esošie. Ja vēsture ir jebkurš ceļvedis, šie nākotnes pulksteņi var parādīt, ka tas, kas tiek uzskatīts par nemainīgu un nemainīgu, var būt dinamisks un mainīgs. Piemēram, pagātnes saules pulksteņi, ūdens pulksteņi un svārsta pulksteņi bija pietiekami precīzi, lai sadalītu dienu stundās, minūtēs un sekundēs, bet tie nevarēja atklāt zemes rotācijas un revolūcijas atšķirības.

Galvenais atomu pulksteņu pielietojums ir Globālās pozicionēšanas sistēmā, kas paļaujas uz precīziem laika un frekvenču signāliem starp satelītiem, lai viņi zinātu, kur viņi ir - un tādējādi pastāstīs, kur jūs esat.

Ramsey vislabāk pazīstams ar ūdeņraža masera pulksteņa izveidi, ko viņš aprakstīja savā rakstā (un tika ilustrēts šādā veidā):

Šajā instrumentā radiofrekvenču izlāde vispirms sadala ūdeņraža molekulas, kas atrodas augstspiediena pudelē, to sastāvdaļās. Atomi rodas no nelielas atveres pudelē, veidojot gaismu. Tie, kas ir augstākā enerģijas līmenī, ir vērsti uz magnētiskajiem laukiem un iekļūst speciāli pārklātā uzglabāšanas spuldzē, ko ieskauj noregulēta, rezonansēta dobums. Spuldzē daži no šiem atomiem samazināsies līdz zemākam enerģijas līmenim, atbrīvojot mikroviļņu frekvences fotonus. Fotoni stimulēs citus atomus nokrist līdz zemākam enerģijas līmenim, kas savukārt atbrīvo papildu mikroviļņu fotonus. Šādā veidā spuldzē uzkrājas pašpietiekams mikroviļņu laukums, līdz ar to nosaukums "maser". Noregulētais dobums ap spuldzi palīdz novirzīt fotonus atpakaļ sistēmā, lai saglabātu stimulēto emisijas procesu.

Masera svārstības saglabājas tik ilgi, kamēr ūdeņradis tiek ievadīts sistēmā. Vadu cilpa dobumā var noteikt svārstības. Mikroviļņu laukā stieplī rodas strāva, kas izplūst no dobuma uz virkni ķēžu. Ķēdes pārveido inducēto strāvu uz zemāku frekvenci, kas piemērots laika impulsu ģenerēšanai.

Pilns raksts ar nosaukumu "Precīza laika mērīšana" aplūko cita veida atomu pulksteņus un to plusi un mīnusus.

Jūs varat izlasīt personīgo atmiņu, ko veicis zinātnieks un autors Boulent Atalay par National Geographic News Watch lapu.

Normana Ramsey attēls no viņa Nobela prēmijas paziņojuma.

Izteiktie viedokļi ir autora (-u) viedokļi, un tie nav obligāti.