Il primo orologio al mondo con orologio atomico terrà il tempo del tuo viaggio su Marte

John Patterson è un umile orologiaio a Kauai, nelle Hawaii, che negli ultimi cinque anni ha fatto silenziosamente il primo orologio atomico al mondo a livello consumer. Passa mille anni e questo orologio perderà solo un secondo in accuratezza. Prendilo in profondità sott'acqua, dentro un inferno: il tempo continua a ticchettare. Oppure, se ti senti avventuroso, portalo nello spazio. Portalo su Marte.

Terrà il tempo.

Patterson ha un dottorato di ricerca nelle neuroscienze, ma ha riversato la sua intelligenza in orologeria. Gestisce la sua compagnia, Bathys Hawaii, dalla sua casa sull'Isola del Giardino. "La filosofia era sempre che non era solo un ragazzo ricco che meritava di avere un bell'orologio", racconta Inverso. Bathys deriva dalla parola greca " Bathus "Che significa" profondo "- letteralmente e figurativamente. Mentre i suoi orologi rimarranno veri a grandi profondità, il suo orologio atomico rimarrà fedele anche a grandi altezze. Mars altezze.

Una sovvenzione da 200 milioni di dollari per la ricerca avanzata di progetti di ricerca ha portato alla creazione del piccolo chip atomico all'interno del Bathies Hawaii Cesio 133, spiega Patterson. Ma una volta scoperto che i chip erano disponibili per l'acquisto, ha afferrato un "vecchio orologio OMEGA" che aveva riposto in un cassetto, venduto su eBay, acquistato un chip atomico e - con l'aiuto di uno o due altri hawaiani - Ho iniziato a lavorare.

Sapeva di dover usare i chip atomici per le loro chiamate più vere: gli orologi. Il secondo internazionale, dopotutto, è definito dal cesio: la sua frequenza di radiazioni è di 9.192.631.770 Hz, che gli scienziati negli anni '50 hanno collegato al tempo dell'effemeride. Mentre altri orologi cadono vittima di effetti relativistici alle alte velocità, gli orologi al cesio no. La frequenza rimane la stessa e quindi il tempo rimane preciso. Quindi Patterson, chip-in-hand, si è messo al lavoro. Presto, aveva un orologio da polso funzionante e incredibilmente preciso; ha portato il prototipo a Kickstarter nel 2014. In pochi giorni, ha quasi raddoppiato il suo obiettivo di raccolta fondi.

Inverso ha parlato con Patterson della tecnologia alla base dell'orologio di Cesio 133, dei viaggi nello spazio e di quanto presto avremo tutti gli orologi atomici. (Suggerimento: presto, ma potrebbero non essere orologi, di per sé.)

Come funziona il Cesio 133?

È piuttosto complesso. Non solo abbiamo dovuto progettare l'orologio usando questo chip, una batteria ricaricabile, eccetera, ma abbiamo anche dovuto progettare una cosa esterna tipo stazione base che funzioni per caricare l'orologio. Ma, soprattutto, funziona per impostare l'orologio nel modo più preciso possibile. Questi orologi possono essere impostati in meno di 100 nanosecondi - vale a dire un centomilionesimo di secondo - per l'esatto tempo standard internazionale per il globo. Una volta impostati, sono precisi per un secondo in mille anni. L'orologio che si trova sul telefono o sul computer - la maggior parte sono solo accurati a circa 200 millisecondi. Questo è l'errore che questo orologio si sviluppa in 200 anni.

Il GPS è fatto! Ciò abbassa un impulso di tempo preciso per impostare il Cesio 133 entro 20 miliardesimi di secondo.

Una foto pubblicata da Bathys Hawaii (@bathys_hawaii) su

Dovevamo copiare la stessa cosa che fanno i militari quando vogliono impostare uno dei loro orologi atomici. Persino i ricevitori GPS sono spenti da diverse centinaia di millisecondi: il computer passa tutto il tempo a elaborare i dati sulla posizione e non l'ora. Quindi abbiamo dovuto creare una nostra unità GPS che si concentri essenzialmente sul semplice passaggio dei dati temporali senza alcun ritardo. Semplicemente lo succhia dallo spazio e lo invia direttamente all'orologio senza alcun ritardo.

Da quello che ho capito, gli orologi al cesio sono interessanti non solo per la loro accuratezza, ma anche perché mantengono la loro accuratezza in molte condizioni.

Sì. La temperatura è una grande cosa nel cronometraggio. Quindi, puoi andare fino a circa 150 gradi Celsius o fino a circa meno 20 gradi Celsius, e rimane preciso.

Una volta impostato con precisione questo orologio, se lo si collega all'accelerometro, e la bussola e le unità inerziali interne nel telefono - che registrano praticamente inclinazione, accelerazione e tutto il resto - può funzionare come un proprio GPS, senza dover essere in contatto con il GPS. Può tracciare accuratamente la posizione fino a 10 centimetri per giorni, per mesi.

Ci sono così tante possibili tecnologie che potrebbero crescere da questo. Se sei un pompiere a New York e devi precipitarti in un grattacielo in fiamme, perderai il tuo GPS, quindi non sarai in grado di comunicare la tua posizione ad altri vigili del fuoco. Ma se tutti avessero sincronizzato questo orologio, avrebbe potuto semplicemente parlare delle normali frequenze radio, e avrebbe potuto dire loro dove si trovavano. Non importa se sono in una grotta, in un edificio in fiamme o sott'acqua: ovunque non sia possibile ottenere il GPS, puoi ottenere la tua posizione.

O spazio

O spazio O in un tunnel con la tua auto a guida autonoma.

Questo orologio potrebbe essere qualcosa che le persone che volevano andare su Marte potrebbero usare per mantenere il tempo?

Prima di tutto, una piccola nota a margine: ero in realtà sulla lista dei candidati per essere in uno degli habitat di Marte. Quello qui alle Hawaii. Sono arrivato alla selezione finale. Ne hanno selezionati sei, e io ero negli ultimi 30. Penso di essere troppo vecchio, e sono contento che non l'ho fatto. Sono appena usciti l'altro giorno, e ora sono tipo, 'Sono così felice che non sia io.' Il ragazzo sta baciando sua moglie per la prima volta in un anno - Sono tipo, 'Inferno no'.

Un orologio normale funzionerebbe nello spazio in una certa misura. Un orologio al quarzo manterrà il tempo nello spazio - non è come se non funzionasse affatto. Ma ci sono effetti relativistici del muoversi velocemente.

Se il tuo GPS non tiene conto del tempo di viaggio verso il satellite, invece di essere in grado di localizzarti entro sei o sette piedi come fa il tuo telefono adesso, si spegne a 35 chilometri. Ecco quanto è importante che l'effetto relativistico sia preso in considerazione. La velocità della luce e la velocità del satellite sono così veloci da cambiare leggermente il tempo.

È davvero facile spiegare come funziona il cesio. Fondamentalmente, il modo di pensarci è che il cesio è quasi come uno specchio. Se lo fai vibrare alla frequenza esatta di quei nove miliardi di cicli al secondo, si comporta come uno specchio. Qualunque energia tu spari ti spara. Ad ogni altra frequenza, è come un pezzo di velluto nero: assorbe l'energia. Giusto quando arriva a quella frequenza esatta, e lo stai bombardando con il tuo forno a microonde, all'improvviso tutte le microonde iniziano a rimbalzare. E questo significa che l'hai inchiodato.

Questa è una caratteristica fisica del cesio. Non ha nulla a che fare con nulla radioattivo. Il cesio è come il mercurio, quasi - è un liquido. Quando lo riscaldi, si trasforma in un gas. All'interno della piccola cella, c'è un piccolo riscaldatore che riscalda il gas, lo bombarda con le onde radio e cerca questo riflesso. L'effettivo standard internazionale per un secondo è quel numero di vibrazioni.

Non cambia mai: vai nello spazio, è lo stesso. Ti avvicini alla velocità della luce - non cambia. Considerando che se hai preso un orologio al quarzo, o un orologio meccanico, e hai iniziato a portarlo a velocità super-veloce, ciò causerebbe il cambiamento delle cose e non sarebbe più preciso.

Questi chip troveranno presto la loro strada in altre tecnologie?

Penso che vedrai questa tecnologia nei tuoi smartphone e nelle tue auto a guida automatica in circa cinque anni. Probabilmente sarà più simile al GPS che appare nel tuo telefono. All'improvviso vedrete questa tecnologia miniaturizzata al punto in cui potrebbe entrare in un telefono. In questo momento, il chip ha le dimensioni di una scatola di fiammiferi di un ristorante di lusso. È piuttosto grande, e non può essere reso molto più piccolo a causa del materiale di imballaggio fisico che deve essere contenuto lì. Ma se potessero miniaturizzarlo ancora un altro livello, allora apparirebbe ovunque. La tecnologia non è costosa da realizzare, ma potrebbe sicuramente essere fatta. Quindi direi cinque o sei anni, ma non mi aspetto davvero che lo svizzero sia l'unico. Mi aspetto di più, come Samsung, o Apple, o Google per essere quello.

Questa intervista è stata redatta per brevità e chiarezza.