Jam Tangan Atom Pertama di Dunia Akan Menjaga Waktu Perjalanan Anda ke Mars

John Patterson adalah pembuat jam tangan yang sederhana di Kauai, Hawaii, yang, selama lima tahun terakhir, telah diam-diam membuat arloji atom tingkat konsumen pertama di dunia. Biarkan seribu tahun berlalu dan arloji ini hanya akan kehilangan satu detik dalam akurasi. Bawa jauh ke bawah air, di dalam neraka: Waktu terus berdetak. Atau, jika Anda ingin berpetualang, bawa ke luar angkasa. Bawa ke Mars.

Itu akan menjaga waktu.

Patterson memiliki gelar Ph.D. dalam ilmu saraf, tetapi dia mencurahkan kekuatan otaknya sendiri untuk membuat jam. Dia menjalankan perusahaannya, Bathys Hawaii, dari rumahnya di Garden Isle. “Filosofi itu selalu bahwa bukan hanya orang kaya yang pantas memiliki jam tangan yang bagus,” katanya Terbalik. Bathys berasal dari kata Yunani “ bathus, "Yang berarti" dalam "- secara harfiah dan kiasan. Sementara arlojinya akan tetap benar di kedalaman yang mendalam, arloji atomnya akan tetap benar pada ketinggian yang tinggi juga. Ketinggian Mars.

Hibah Proyek Riset Pertahanan Lanjutan senilai $ 200 juta menyebabkan penciptaan chip atom kecil di dalam Bathys Hawaii Cesium 133, Patterson menjelaskan. Tetapi begitu dia menemukan bahwa chip itu tersedia untuk dibeli, dia mengambil "arloji OMEGA tua" yang disimpannya di laci, menjualnya di eBay, membeli chip atom, dan - dengan bantuan satu atau dua orang Hawaii lainnya. - harus bekerja.

Dia tahu dia harus menggunakan chip atom untuk panggilan mereka yang sebenarnya: jam tangan. Yang kedua internasional, setelah semua, didefinisikan oleh cesium: Frekuensi radiasi adalah 9.192.631.770 Hz, yang dihubungkan oleh para ilmuwan di tahun 1950-an dengan waktu ephemeris. Sementara jam lain menjadi korban efek relativistik pada kecepatan tinggi, jam cesium tidak. Frekuensinya tetap sama, sehingga waktu tetap akurat. Jadi Patterson, di tangan, mulai bekerja. Segera, dia memiliki jam tangan yang berfungsi, sangat akurat; dia membawa prototipe ke Kickstarter pada 2014. Hanya dalam beberapa hari, dia hampir menggandakan tujuan penggalangan dana.

Terbalik berbicara dengan Patterson tentang teknologi di balik jam tangan Cesium, tentang perjalanan ruang angkasa, dan tentang seberapa cepat kita semua akan memiliki jam tangan atom. (Petunjuk: Segera. Tapi mereka mungkin bukan jam tangan, per se.)

Bagaimana cara kerja Cesium 133?

Cukup rumit. Kami tidak hanya harus merancang arloji dengan menggunakan chip ini, baterai yang dapat diisi ulang, dan lain-lain, tetapi kami juga harus merancang benda jenis stasiun pangkalan eksternal yang berfungsi untuk mengisi daya arloji. Tapi, terutama, ini berfungsi mengatur jam tangan seakurat mungkin. Jam tangan ini dapat diatur dalam waktu kurang dari 100 nanodetik - yaitu seperseratus milyar detik - sesuai dengan waktu standar internasional untuk dunia. Setelah diatur, mereka akurat hingga satu detik dalam seribu tahun. Jam yang ada di ponsel Anda, atau komputer - sebagian besar hanya akurat hingga sekitar 200 milidetik. Itulah kesalahan yang dikembangkan arloji ini dalam 200 tahun.

GPS selesai! Ini menarik ke bawah pulsa waktu yang akurat untuk mengatur Cesium 133 dalam 20 miliar detik.

Sebuah foto diposting oleh Bathys Hawaii (@bathys_hawaii) di

Kami harus menyalin hal yang sama yang dilakukan militer ketika mereka ingin mengatur salah satu jam atom mereka. Bahkan penerima GPS mati beberapa ratus milidetik: Komputer menghabiskan seluruh waktunya memproses data lokasi, dan bukan waktu. Jadi kami harus membuat unit GPS kami sendiri yang pada dasarnya berfokus pada hanya melewati data waktu tanpa penundaan sama sekali. Itu hanya mengisapnya keluar dari ruang dan mengirimkannya langsung ke arloji tanpa penundaan sama sekali.

Dari apa yang saya mengerti, jam tangan cesium menarik bukan hanya karena akurasinya, tetapi juga karena mereka memegang akurasinya dalam banyak kondisi.

Ya. Suhu adalah hal besar dalam ketepatan waktu. Jadi, Anda bisa naik hingga sekitar 150 derajat Celcius atau turun menjadi sekitar minus 20 derajat Celcius, dan tetap akurat.

Setelah Anda mengatur jam ini secara akurat, jika Anda menghubungkannya ke accelerometer, dan kompas, dan unit inersia internal di telepon Anda - yang pada dasarnya merekam kemiringan, akselerasi, dan semua hal itu - dapat bertindak sebagai GPS sendiri, tanpa harus berhubungan dengan GPS. Itu dapat secara akurat melacak lokasi Anda hingga 10 sentimeter selama berhari-hari, selama berbulan-bulan.

Ada begitu banyak teknologi yang mungkin bisa tumbuh dari itu. Jika Anda seorang petugas pemadam kebakaran di New York City dan harus bergegas ke gedung pencakar langit yang terbakar, Anda akan kehilangan GPS Anda, jadi Anda tidak akan dapat mengomunikasikan posisi Anda kepada petugas pemadam kebakaran lainnya. Tetapi jika semua orang telah menyinkronkan arloji ini, itu hanya bisa berbicara melalui frekuensi radio biasa, dan itu bisa memberi tahu mereka di mana mereka berada. Tidak masalah jika mereka berada di gua, di gedung yang terbakar, atau di bawah air: Di mana pun Anda tidak bisa mendapatkan GPS, Anda bisa mendapatkan lokasi Anda.

Atau ruang.

Atau ruang. Atau di dalam terowongan dengan mobil self-driving Anda.

Mungkinkah arloji ini menjadi sesuatu yang bisa digunakan orang-orang yang ingin pergi ke Mars untuk menjaga waktu?

Pertama, sedikit catatan: Saya sebenarnya berada di daftar pendek untuk berada di salah satu habitat Mars. Yang ada di sini di Hawaii. Saya lolos seleksi paling akhir. Mereka memilih enam, dan saya berada di 30 final. Saya pikir saya terlalu tua, dan saya senang sekali saya tidak bisa melakukannya. Mereka baru saja keluar beberapa hari yang lalu, dan sekarang saya suka, "Saya sangat senang itu bukan saya." Pria itu mencium istrinya untuk pertama kalinya dalam setahun - saya suka, "Sial, tidak."

Arloji biasa akan bekerja di ruang angkasa sampai batas tertentu. Sebuah arloji kuarsa akan menjaga waktu di luar angkasa - tidak seperti itu tidak akan bekerja sama sekali. Tetapi ada efek relativistik dari bergerak cepat.

Jika GPS Anda tidak memperhitungkan waktu perjalanan ke satelit, alih-alih dapat menemukan Anda dalam jarak enam atau tujuh kaki seperti yang dilakukan ponsel Anda saat ini, GPS akan melaju hingga 35 kilometer. Itulah betapa pentingnya bahwa efek relativistik diperhitungkan. Kecepatan cahaya dan kecepatan satelit sangat cepat sehingga sedikit mengubah waktu.

Sangat mudah untuk menjelaskan cara kerja cesium. Pada dasarnya, cara untuk memikirkannya adalah bahwa sesium hampir seperti cermin. Jika Anda membuatnya bergetar pada frekuensi tepat sembilan miliar siklus per detik, ia bertindak seperti cermin. Energi apa pun yang Anda tembak akan membalas Anda. Pada frekuensi lain, itu seperti sepotong beludru hitam: Ia menyerap energi. Tepat ketika sampai ke frekuensi yang tepat, dan Anda membombardirnya dengan microwave Anda, tiba-tiba semua gelombang mikro Anda mulai memantul kembali. Dan itu berarti Anda berhasil.

Itu adalah karakteristik fisik dari cesium. Itu tidak ada hubungannya dengan radioaktif apa pun. Cesium seperti merkuri, hampir - itu adalah cairan. Ketika Anda memanaskannya, itu berubah menjadi gas. Di dalam sel kecil, ada pemanas kecil yang memanaskan gas, membombardirnya dengan gelombang radio, dan mencari refleksi ini. Standar internasional sebenarnya untuk satu detik adalah jumlah getaran itu.

Itu tidak pernah berubah: Anda pergi ke ruang angkasa, itu sama. Anda mendekati kecepatan cahaya - tidak berubah. Sedangkan jika Anda mengambil arloji kuarsa, atau arloji mekanik, dan mulai membawanya ke kecepatan super cepat, itu akan menyebabkan banyak hal berubah, dan itu tidak akan akurat lagi.

Apakah chip ini akan menemukan jalan mereka ke teknologi lain segera?

Saya pikir Anda akan melihat teknologi ini di smartphone Anda dan di mobil self-driving Anda dalam waktu sekitar lima tahun. Mungkin akan lebih seperti GPS yang muncul di ponsel Anda. Tiba-tiba Anda akan melihat teknologi ini miniatur ke titik di mana ia bisa muat di telepon. Saat ini, chip adalah ukuran kotak korek api dari restoran mewah. Ini cukup besar, dan tidak bisa dibuat lebih kecil karena pengemasan fisika yang harus pas di sana. Tetapi jika mereka bisa mengecilkannya satu tingkat lagi, maka itu akan muncul di mana-mana. Teknologi ini tidak mahal untuk dibuat - itu pasti bisa dilakukan. Jadi saya katakan lima atau enam tahun, tetapi saya tidak benar-benar berharap Swiss menjadi orangnya. Saya berharap lebih, seperti Samsung, atau Apple, atau Google menjadi satu.

Wawancara ini diedit untuk singkat dan jelas.