Chronometr je disciplína, která se zabývá měřením vymáhat čas .
Ve druhé polovině XX th století , než se pokrok v této oblasti, která vstoupila do vztahu s časovou osou pro definici standardní čas .
Chronometrie je založena na pravidelnosti určitých jevů a na matematice .
Porovnáním indikací hodin s referenčním systémem s denním intervalem se získá „denní běh“, vyjádřený v sekundách. Pokud hodiny postupují, je jejich průběh pozitivní ; pokud se hodiny zpozdí, je jejich průběh záporný . Pokud jsou hodiny dokonalé, pak je rozdíl přesně dvacet čtyři hodin a jejich rychlost je považována za nulovou .
Referenční systém je tradičně tvořen astronomickým pozorováním, jehož cílem je určit čas.
Vděčíme chronometrické práci na všech závadách, které brání přesnému fungování hodin. Tyto zahrnují:
Chronometrie je teoretický přístup k měření času. Vzhledem k velkému zájmu o měřicí přístroje je často spojen s technologií .
Pozorováním periodických jevů země, jako je východ a západ slunce , člověk získal a poté se pokusil definovat pojem času .
Kolem roku 1500 př. N.l. AD , Egypťané „vystřihli“ dny a poskytli si tak přesné orientační body v rytmu minulosti. Tento přístup povede k definici časových jednotek , konkrétně hodin , minut a sekund . Z těchto myšlenek se člověk pokusí navrhnout nástroje schopné měřit čas .
Stín vržený hůlkou zabodnutou do země se vyvíjí od rána do večera, a když je tento stín nejkratší, je poledne. Potom řekneme, že slunce přechází na svůj „ poledník “, z latinského merie-diē , v poledne . Tento jednoduchý experiment vede k realizaci gnomonu, který umožňuje počítat časové intervaly a který je velmi blízký slunečním hodinám . Tato technika má nedostatky: cesta a rychlost stínu se mění podle ročního období a v noci není možné zjistit čas. Pouze sluneční pasáže v poledne mohou přesně označit délku „skutečného slunečního dne“.
Aby bylo možné tyto poruchy překonat, byly vyvinuty nástroje, které mohou pracovat ve dne i v noci, již neměří přirozené periodické jevy, ale mechanické periodické jevy. To je případ vodních hodin , přesýpacích hodin nebo požárních hodin . Dosahují přesnosti přibližně jedné hodiny denně.
Mezi X th století a XVI th století , mechanici celém světě se snaží navrhnout zařízení, které pomocí závaží namontovány nebo pružiny ozbrojeni, nabízejí možnost uvádět čas a podnítila prvních astronomických hodin .
Zásadní pojem v chronometrii objevil Galileo, který v roce 1638 pochopil, že existují oscilace, jejichž rychlost je téměř nezávislá na jejich amplitudě , jedná se o izochronismus . To povede k teorii těžkého kyvadla .
Christian Huygens vynalezen v druhé polovině XVII th století ve spolupráci se Salomon Coster první hodiny „ovládanou“ s kyvadlem , a brzy poté, on se přizpůsobí sledovat myšlenku rovnováhy - spirálu na Roberta Hooke . Neustálý vývoj této technologie umožní získávat stále přesnější „hodinky“ s přesnostmi několika minut a poté několika sekund denně.
V XVIII -tého století , námořníci již dlouho vědí, jak měřit jejich šíři , a sice jejich severojižní pozici. Jejich délku , východo-západní polohu, bylo obtížnější odhadnout. Tváří v tvář počtu námořních nehod z důvodu neexistence dostatečně přesné metody pro určení polohy lodí se britský parlament v roce 1714 rozhodl udělit „ cenu zeměpisné délky “ komukoli, kdo je schopen navrhnout prostředek pro určení zeměpisné délky v praktické, spolehlivé a za všech okolností na palubě plavidla na moři.
Inspirován prací Gemmy Frisiusové , truhlář John Harrison prosazuje převzetí přesných hodin na palubě a vyhrává cenu. Tato skutečnost poznačí počátky moderní chronometrie.
Proto se přesné měření uplynulého času stává důležitým problémem. Za účelem podpory technického pokroku spojeného s hodinářstvím začala průmyslová a obchodní třída Société des Arts de Genève v roce 1790 provádět chronometrické testy, které se však ukázaly jako neprůkazné. Teprve v roce 1801 byl námořní chronometr Demôle a Magnin porovnán s „ průměrným časem “ poskytovaným Ženevskou observatoří , velký úspěch tohoto měření vedl k modernizaci observatoře a otevření „chronometrické služby v roce 1842.
V roce 1857, s cílem vybrat hodinky pro torpédových člunů se Service hydrographique de la Marine zahájilo půlroční soutěž na základě předpisů vypracovaných Jean-Pierre Lieussou a určené pro měření chronometry . V roce 1866 uspořádala Neuchâtelská observatoř svůj první ročník chronometrické soutěže . Je otevřený pro námořní a kapesní chronometry, které podrobuje polohovacím a teplotním testům. Tento typ soutěže umožňuje provádět seriózní statistické studie o pravidelnosti chronometrů a prohloubit znalosti hodinářů o nastavení a designu jejich výrobků.
Manuálním natažením chronometru se energie přenáší na pružinu . Toto jaro, zatímco relaxuje, způsobí sadu zubů, které budou pohybovat jehlami . Regulátor je zodpovědný za zpomalení uvolnění pružiny tak, že ruce ukazují uplynulý čas tak přesně, jak je to možné.
Výfuku bez kotvy představen v roce 1769 Thomas Mudge se zlepší v roce 1830 George Augustus Leschot , jako tepelná stabilita odpružené bilance je optimalizována na počátku XX -tého století se materiálu Invar a ELINVAR z Charles Edouard Guillaume .
První elektrické hodiny, které se objevily v roce 1840 s Alexenderem Bainem, byly spolehlivé a v roce 1921 představil William H. Shortt docela pozoruhodný elektromechanický systém .
Ve vakuu , aby se zabránilo jakémukoli tření , uvnitř hlavních hodin osciluje kyvadlo, které synchronizuje pomocí elektromagnetů kyvadlo dceřiných hodin. Toto poslední kyvadlo se používá k animaci mechanismu, který umožňuje zobrazit hodiny, a pravidelně poskytuje impulsu k kyvadlu hlavních hodin, aby se zabránilo jeho zastavení.
Tyto hodiny, také volal Synchronome , bude použita jako standardní of frekvence v mnoha observatoří , pochod se odchýlil o méně než jednu sekundu ročně.
Pohyb kyvadla hlavních hodin je nastaven na frekvenci 1 Hz, což je dokonalý ekvivalent sekundy.
V návaznosti na vývoj prvního oscilátoru v křemene z Walter G. Cady , první křemenné hodiny byla vynalezena v roce 1927 Warren A. Marrison a Joseph W. Horton v Bell Laboratories . Byl to bod obratu v přesnosti, a to do takové míry, že Adolf Scheibe a Udo Adelsberger objevili v roce 1936 díky tomuto novému typu přístroje změny rychlosti otáčení Země .
Piezoelektrický křemenný krystal nabízí rezonanční frekvenci a mnohem vyšší stabilitu než váhy používané v klasickém hodinářství, avšak v atomovém měřítku dochází k spontánním úpravám, které narušují činnost těchto hodin, když stárnou. Každých deset let je dosaženo meze chyby jedné sekundy a je nadále nutné je pravidelně kontrolovat a upravovat na základě astronomických pozorování .
Křemen v těchto laboratorních hodinách vibruje na frekvenci 100 000 Hz, která se znásobuje za účelem regulace synchronního motoru používaného k zajištění času.
Harold Lyons postavil v roce 1948 v Národním úřadu pro standardy prototyp „molekulárních hodin“, čpavkových hodin .
Pokud se na molekuly amoniaku aplikuje elektromagnetická vlna specifické frekvence, budou tyto molekuly absorbovat energii elektromagnetické vlny.
Křemenný elektronický obvod poskytuje elektromagnetickou vlnu, která se vstřikuje do „vlnovodu“ naplněného plynným amoniakem. Tato vlna se poté změří, když opustí vodítko. Normálně musí být velká část vlny absorbována amoniakem. Pokud tomu tak není, automaticky se upraví frekvence injektované vlny. Tento otrocký proces také umožňuje řídit a omezit potenciální drift křemene chováním molekul amoniaku.
Takto stabilizovaná frekvence křemene se používá k ovládání hodin.
Výhodou tohoto typu hodin je, že pracují s molekulárním standardem, který je univerzální a stabilní. Bohužel volba molekuly amoniaku bude nerozumná, protože frekvence elektromagnetické absorpce amoniaku je příliš proměnlivá. Přesnost těchto hodin také zůstane nižší než u hodin s křemenem.
Zařízení, které vyzařuje koherentní paprsek mikrovln byla odhalena v dubnu 1954 by Charles H. Townes , poté vědecký pracovník Kolumbijské univerzitě . Tohle je maser .
Obecným principem maseru je zachycení molekul amoniaku v dutině. Optický čerpací technika je pak aplikován, aby se získala inverzi populace , která povede k působit pasti molekuly vstoupit do rezonance. Výsledkem je extrémně pravidelná měřitelná oscilace.
Spojením této oscilace s křemenem tak získáme velmi silné molekulární hodiny, jejichž přesnost je 10 −10 , neboli přibližně jedna sekunda za třicet let.
Princip podřízené demonstrována hodiny amoniaku Harold Lyonse se vyjme do 1955 Louis Essen a Jack VL Parry, který zdokonalil si cesia atomové hodiny na National Physical Laboratory použitím práce Norman F. Ramsey . Už to není založeno na stabilitě molekul, ale na stabilitě atomů .
Atom má několik různých energetických stavů ; je možné tyto stavy vybrat a upravit.
Výběrem atomů cesia 133 s určitým energetickým stavem a jejich bombardováním elektromagnetickou vlnou se změní jejich energetický stav. Detektor umožňuje spočítat takto upravené atomy. Cílem je najít pouze jeden stav atomů. V praxi bude stav atomů upraven pouze v případě, že frekvence odesílané elektromagnetické vlny odpovídá velmi přesnému měření. Pokud detektor spočítá příliš mnoho atomů, které nejsou v očekávaném stavu, automaticky se upraví frekvence elektromagnetické vlny. Systém se tak automaticky přizpůsobuje velmi pravidelné frekvenci řádově 10 10 Hz , která se používá k ovládání křemenných hodin.
Tyto hodiny mají přesnost 10–12 , za 300 let se odchylují pouze o jednu sekundu.
V roce 1967, v průběhu 13. ročníku Generální konference pro míry a váhy , dále jen „astronomický čas“ je zrušen ve prospěch „atomový čas“.
Tváří v tvář tomuto zpochybňování definice času se výzkum již neobrací k přesnému měření času, ale k základní metrologii času a frekvencí.
Tato „věda o hodinách“ se hodně vyvinula.
Současná chronometrie je dnes v rukou atomových fyziků . Jsou to ty, kteří se v roce 1980, vyvinuté techniky chlazení a manipulaci s neutrálními atomy od laseru, což umožnilo atomové hodiny získat přesnost, která je nyní v řádu 10 -15 sekund, což představuje drift. Sekundy v deseti miliony let.
Současní hodináři zase uplatňují souhrn znalostí nashromážděných v této disciplíně při výrobě hodinek .
Schopnost určit čas s velkou přesností je užitečná pro mnoho aplikací.
Současná chronometrie umožňuje zvýšit spolehlivost synchronizačních operací v telekomunikačním poli , jako je tomu v případě multiplexování s časovým dělením . Mimořádně stabilní časový rámec umožňuje přesné operace triangulace ve vesmíru . Najde uplatnění v aplikacích pro přenos času , v laserovém rozsahu , interferometrii nebo v satelitních pozičních systémech . Systém Galileo používá například studené atomové hodiny.
Právě teď hloubková měření času nabízejí vědcům možnost pokusit se ověřit koncepty, jako je teorie relativity .
Mezinárodní atomový časČas je produkován sítí atomových hodin ve srovnání s ostatními prostřednictvím přenosu měření času, který musí být v souladu s protokolem, který zahrnuje zejména vážení a výluky.
Koordinovaný světový časKoordinovaný světový čas, zkráceně UTC, definuje standardní čas po celém světě. Je upraven na mezinárodní atomový čas (TAI) postupným spojením, aby se zohlednilo mírné zpomalení rotace Země na sobě.
Tyto astrofyziků objevil v milisekundách pulsary v roce 1982 . Jedná se o hvězdy, které se točí několik setkrát za sekundu a vysílají rádiové vlny . Někteří navrhli myšlenku, že budou moci tyto vlny používat ve službě chronometrie, ale studium těchto pulzarů ukázalo, že nejsou stabilní ani z krátkodobého, ani z dlouhodobého hlediska.
Optické hodinyV dnešní době jsou nejslibnější experimentální výsledky dosaženy iontovými hodinami a hodinami optických sítí, které nabízejí míru přesnosti blížící se 10 - 18 sekundám .
Jaderné hodinyZatímco klasické atomové hodiny využívají elektronické přechody atomů, několik výzkumných týmů pracuje na jaderných přechodech 229m thoriových jader, aby vyrobily hodiny pomocí iontových pastí .