• Новости
  • Наука
  • Как атомные часы стали эталоном времени и что их может заменить в будущем?
Нейросеть

Как атомные часы стали эталоном времени и что их может заменить в будущем?

Атомные часы: точность до наносекунд Для обычного человека достаточно знать время с точностью до минуты, чтобы не опаздывать на работу.

Но есть области, где требуется более точное измерение времени — например, в навигации. Для этого были разработаны атомные часы, которые используют периоды изменения состояния атома в качестве периодического процесса.

Цезий-133 как эталон времени В 1967 году все страны мира признали атомы цезия-133 эталоном времени. Сегодня одна секунда равна 9 192 631 770 периодам излучения в атомах цезия.

Атомные часы важны для определения положения космических аппаратов, самолётов, подводных лодок и автомобилей. На атомный стандарт равняются все телекоммуникационные компании, включая станции мобильной связи и службы точного времени.

Как воспроизводят секунду В России формирование единицы секунды и национальной шкалы времени происходит в лаборатории измерительно-вычислительных систем и комплексов Государственного первичного эталона времени и частоты. Здесь на цезиевых атомных часах фонтанного типа охлаждённые атомы цезия подбрасываются на двухметровую высоту, где регистрируются, после чего снова летят вниз.

Так рождается современная секунда. Новые стандарты точности Погрешность в подсчёте периодов атома цезия составляет 1,2 на 10 в минус 16 степени.

Эта погрешность также характерна для эталонов секунды ведущих стран мира. Однако ряд стран, включая Россию, работают над усовершенствованием атомных часов, чтобы повысить точность позиционирования до дециметров.

Стронциевые атомные часы Так называемые стронциевые атомные часы позволяют достигать точности расчёта секунды до 10 в минус 18 степени, что более чем на порядок отличается от существующего международного стандарта. В стронции фиксируется другой тип излучения — оптический.

Такие часы, установленные на спутниках, позволят определять положение объекта на Земле с точностью до сантиметров! Будущее атомных часов Принятый международный стандарт, определяющий «размер» секунды по цезию, может быть заменён на оптическое излучение атомов стронция или ядер тория.

Торий-229 как будущее атомных часов Учёные ищут способы повысить точность атомных часов. Одна из идей — использовать слабо радиоактивное твёрдое вещество торий-229.

Ядра тория-229 очень маленькие, на пять порядков меньше самого атома, поэтому воздействие всевозможных полей на них оказывается гораздо слабее. Перспективы России У России есть шансы возглавить технологическую гонку в области создания часов на основе тория-229.

Госкорпорация Росатом умеет производить торий-229 в нужных для исследователей количествах, а над ядерным стандартом частоты работают умы специалистов нескольких российских институтов. Значение высокоточной информации Высокоточная информация, полученная с помощью атомных часов, используется в различных областях, таких как навигация, интернет вещей и беспилотный транспорт.

Она позволяет повысить точность определения местоположения, скорость передачи данных и взаимодействие между физическими объектами.

Московский комсомолец

Исследователи предлагают уменьшить численность населения
В научном журнале Sustainable Development появилась статья, в которой группа исследователей предлагает постепенно сократить численность населения Земли с нынешних 8,3 миллиарда до 4 миллиардов к концу XXII века.

Авторы считают, что такая цифра станет оптимальной для снижения нагрузки на природу и балансировки потребления ресурсов. Расчёты показывают, что уменьшение количества жителей планеты вдвое автоматически снизит нагрузку на запасы воды, продовольствия и полезных ископаемых.

Кроме того, сократятся объёмы выбросов и отходов, а также уменьшится напряжённость в борьбе за территории и сырьё. Особенно позитивный эффект, по мнению учёных, получат беднейшие государства, где снижение конкуренции за скудные ресурсы повысит уровень жизни каждого человека.

Авторы подчёркивают, что ключевым условием является полное отсутствие принуждения. Они видят единственным инструментом достижения цели добровольное регулирование рождаемости и расширение доступа девочек к образованию в регионах с низким достатком.

Когда женщины получают реальную свободу выбора в вопросах деторождения, коэффициент рождаемости, как правило, опускается до уровня простого воспроизводства или даже ниже, отмечается в работе. Такой демографический переход займёт почти 200 лет и не потребует экстренных административных мер.

За это время удастся снизить давление на дикие экосистемы, замедлить изменение климата и сохранить биоразнообразие. Учёные не настаивают на немедленных действиях, а лишь предлагают долгосрочный сценарий, который, по их мнению, способен обеспечить устойчивое будущее для всей планеты.

Московский комсомолец

Плутон теряет атмосферу
Плутон, карликовая планета с вытянутой орбитой, начала удаляться от Солнца впервые с момента своего открытия в 1930 году.

Это привело к заметным изменениям в её газовой оболочке. По данным астрономов, за последние два года атмосферное давление на Плутоне упало на 16%, что стало первым прямым признаком начинающегося разрушения атмосферы.

Атмосфера Плутона представляет собой крайне разрежённую смесь азота с небольшими добавками метана и угарного газа. Её плотность в миллионы раз ниже земной.

Однако даже такая тонкая оболочка способна замерзать и выпадать на поверхность в виде инея при сильном охлаждении. Команда исследователей под руководством Аманды Сикафуз из Института планетарных наук (США) отслеживала состояние атмосферы Плутона с 2017 по 2023 год, используя редкий метод — наблюдение покрытий звёзд.

Когда карликовая планета проходит перед далёкой звездой, её свет проникает сквозь газовую оболочку, и учёные могут измерить ослабление излучения, чтобы определить плотность и давление. За шесть лет было зафиксировано 10 таких событий, но лишь 4 раза данные удалось получить одновременно из нескольких точек Земли.

Измерения показали, что с момента пролёта зонда New Horizons в 2015 году и вплоть до середины 2021 года показатели оставались стабильными. Однако затем, между 2021 и 2023 годами, произошёл резкий скачок — давление упало на 16%.

Это свидетельствует о том, что атмосфера Плутона вступила в фазу коллапса: охлаждение поверхности останавливает сублимацию азота, и газ конденсируется обратно в лёд. Ожидается, что вместе с падением давления будет меняться и дымка из сложных органических соединений — она станет тоньше и опустится на более низкие высоты.

Плутон предоставляет учёным уникальную возможность наблюдать за эволюцией атмосферы в течение одного сезона, который длится почти 250 земных лет. Сейчас мы впервые видим её охлаждение и замерзание.

В 2114 году планета начнёт возвращаться к Солнцу, и тогда атмосфера, вероятно, восстановится. Но пока исследователи могут лишь фиксировать медленное угасание газовой оболочки самого далёкого из изученных миров.

Московский комсомолец

Улучши жизнь больных деменцией спортом
Учёные изучили результаты исследований последних десяти лет и пришли к выводу, что регулярная физическая активность может замедлить ухудшение когнитивных функций у людей с деменцией.

Это также улучшает их подвижность и общее качество жизни. Обзор опубликован в журнале Frontiers in Dementia (FD).

В анализе были рассмотрены данные 28 научных публикаций, которые включали 24 независимые выборки пациентов с различными формами деменции. В большинстве работ исследовалось влияние разных видов тренировок, включая аэробные, силовые, комбинированные, а также упражнения на равновесие и гибкость.

Анализ показал, что регулярные занятия спортом способствуют небольшому, но стабильному улучшению исполнительных функций, внимания и в некоторых случаях памяти. Тренировки помогают сохранить способность к повседневной активности, снижают риск падений, уменьшают выраженность депрессии и тревожности, а также повышают качество жизни.

Наиболее заметный эффект наблюдался у пациентов, которые начали заниматься на ранних стадиях заболевания. Самые стабильные результаты демонстрировали программы, которые сочетали аэробные, силовые упражнения и тренировки на баланс.

Исследователи утверждают, что физическая активность может защищать мозг несколькими путями: усиливать кровоснабжение, повышать уровень нейротрофического фактора BDNF, который поддерживает выживание нейронов, уменьшать хроническое воспаление и улучшать обмен веществ. Ранее учёные выяснили, что почти половину случаев деменции можно предотвратить изменением образа жизни.

Лента ру

Табачный дым нарушает минерализацию эмали зубов
Эксперимент учёных, опубликованный в журнале Calcified Tissue International (CTI), показал, что табачный дым может негативно влиять на минерализацию зубной эмали у новорождённых.

Воздействие дыма в раннем возрасте нарушает этот процесс, даже если внешне зубы выглядят здоровыми. В ходе исследования новорождённых крыс со второго по 28-й день жизни дважды в сутки подвергали воздействию сигаретного дыма.

Затем состояние их зубов сравнили с контрольной группой с помощью микрокомпьютерной томографии, электронной микроскопии, химического анализа и тестов на твёрдость эмали. Внешних дефектов, уменьшения объёма или снижения твёрдости эмали исследователи не обнаружили.

Однако под микроскопом у животных, подвергавшихся пассивному курению, выявили увеличенные промежутки между поверхностными эмалевыми призмами. Кроме того, в молярах снизилось содержание фосфора и увеличилось количество углерода, что указывает на нарушение процесса минерализации.

Воздействие дыма также замедлило набор массы тела: к концу эксперимента животные из этой группы весили в среднем почти на 11 процентов меньше. Авторы исследования подчёркивают, что работа проводилась на крысах, поэтому результаты нельзя напрямую переносить на детей.

Однако исследование показывает, что табачный дым в период формирования зубов способен вызывать скрытые изменения эмали, которые невозможно заметить при обычном осмотре.

Лента ру