Техника - молодёжи 1969-12, страница 32

ВРЕМЯ-МЕРА МИРА

(К 1-й отр. обложки)

Ю. ФЕДОРОВ

ы читаете последний номер журнала. Конечно, последний а 1969 году. Затем наступит 1970,1971,1972-й.., и мы вновь встретимся и обсудим все интересное, все самое новое, что произойдет в мире науки и техники. Но 1969-й, увы, не воротишь*.. Говорят, первыми, кто в полную меру ощутил горечь утраты года, были египтяне. Они впервые разделили поток времени на промежутки — годы, месяцы, дни. Они впервые заметили, что самая яркая звезда — Сириус восходит утром раз в 365,25 дня. С тех пор основа любого метода измерения времени — какой-либо периодически повторяющийся процесс. И чем ритмичнее этот процесс, тем точнее настраиваются по нему часы.

Погрешность древних (огненных, водяных, песочных) хронометров достигала десятков минут в сутки. Никакие усовершенствования не могли заставить свечу гореть, воду выливаться, а песок высыпаться равномернее. Трудно было (после остановки часов) добиться, чтобы процесс продолжался с такой же скоростью. Сравнительно точного определения времени достигли только с появлением механических устройств. Цепь с гирей (или пружина) вращала вал. Он через систему колес приводил в движение храповик со стрелками. В XVII веке великий Галилей предложил контролировать ход часов маятником, качания которого удивительно равномерны. Появился анкер — главная деталь современных хронометров. Зубцы анкера, скрепленного с маятником (или балансом), попеременно зацепляются за зубцы храповика, навязывая ему определенную скорость. Самые лучшие из сегодняшних механических часов ошибаются в сутки всего на тысячные, сотые доли секунды. Но даже столь малая погрешность уже не удовлетворяет нас. Как измерить, например, сверхбыстрые события микромира? Сначала поисками занялись радиотехники. Они сконструировали кварцевые часы: колебания маятника заменили колебаниями переменного тока. Работу нового «маятника» контролировал «анкер» — кварцевый резонатор. Пластинка пьезокристалла «пропускает» ток строго постоянной частоты и тем самым поддерживает точность отсчета времени.

К сожалению, и механические и кварцевые хронометры роднит общий, принципиально неустранимый порок — чуткая реакция на перемену внешних условий. Если маятник, делающий один мах в секунду, оказался бы на спутнике Сириуса (сила тяжести на этом «белом карлике» в 30 тыс. раз больше, чем на Земле), частота колебаний увеличилась бы в 140 раз! Однако не стоит совершать ради эксперимента столь дальнее путешествие. Сядь на маятник даже пылинка — это скажется. Малейшее потепление, приводящее к расширению металла, удлинит маятник. Ход часов изменится. Кварцевые хронометры тоже довольно капризны. Хотя кристалл менее чувствителен, под действием внешней среды период его колебаний все же меняется. Иное дело атомы и молекулы. Их вибрация практически не зависит от того, что происходит в окружающем мире. Частота колебаний молекулы аммиака, перенесенной с Земли на спутник Сириуса, изменилась бы меньше, чем на сотую долю процента. Поистине ослепительные возможности в измерении времени сулит микроисточник ритма!

В 1948 году сконструированы первые молекулярные часы. Молекула аммиака играла роль «анкера анкера»; она корректировала частоту колебаний кварца. Потом появились молекулярный генератор-мазер, атомные цезиевые часы и, наконец, в 1960 году атомный водородный генератор. Водородные часы можно считать сегодня самыми точными. Посмотрите на схему на 1-й странице обложки. Водород поступает в камеру. Сильное электрическое поле разлагает молекулы газа на атомы. Они выдуваются через капиллярное отверстие в вакуумный баллон. Пучок сортируется магнитным устройством и попадает в резонатор, «отзывающийся)» на частоту вибрации микрочастиц. Усиленные колебания регулируют работу кварцевой пластинки. Погрешность прибора — примерно 10~⁸ сек. за сутки!

По-видимому, эта цифра уже близка к «атомному» пределу. Следующий шаг — освоение «анкеров» атомов — субъядерных колебаний. Но попытки добиться еще более высокой точности не прекратятся. Вполне возможно, что найдутся строгие «задатчики» и на субвибрации и т. д. Есть ли предел у этой цепочки «анкеров»? Не ограничено ли измерение

1. Незадолго до своей смерти, в 1641 году, Галилей пред-ложи л регулировать ход часов маятником. Сын ученого сконструировал и построил прибор. К несчастью, этот механизм пропал. Однако остался чертеж, по которому Воиий-он в XIX вене воссоздал первые в истории маятниковые часы.

2. По мере раскручивания часовой пружины сида ее слабеет. Поэтому упругую спиральную ленту соединили с колесами (приводящими в движение стрелки) через фузею — усеченный нснус с винтовой нарезкой. Связанная с пружиной цепочка разматывается с фузеи, спускаясь и широкому основанию конуса. Увеличивается плечо рычага — крутящий момент остается неизменным.

3. В XVI вене центром производства часов был город Нюрнберг. Прежнии «двигатель» механизма — веревка с ги-

§еи — заменяется пружиной. Прибор стал компактнее.

1523 году покои Франсуа I украшали настольные часы. Появились и карманные приборы с минутной стрелкой. На рисунке изображена часовая мастерская того времени.

4. Астрономические башенные часы Старогородской башни в Праге. Изготовлены в 1490 году.

5. Символ производства часов (с гравюры XVIII вена). В XVIII вене часовые мастера достигли блестящих успехов. Механичесний прибор приобретает современный вид, на циферблате появляется секундная стрелка. В 1761 году английский корабль «Депт форд» отправился, в очередной рейс из Портсмута в Порт-Рояль (Ямайка) и обратно. На борту корабля были установлены часы с составным (для температурной компенсации) маятником, сделанные Дж. Гаррисомом. За 5,5 месяца плавания эти часы отстали всего на несколько секунд!

6. Старейшие в мире часы кафедрального собора в Солсбери (Англия), сделанные в 1386 году, были реставрированы Т. Робинсоном и сейчас работают.

7. Песочные часы широко применялись на старинных парусниках. По корабельным «склянкам» моряки отмеривали продолжительность вахт.

8. Солнечные часы известны давно, по крайней мере за 500 лет до нашей эры. Изобретение их приписывается хал-деянину Беро ю.

9. В 1955 году английский ученый Л. Эссен построил атомные цезиевые часы, ошибка которых не превышает 10—"* секунды за сутки. Этот прибор контролирует ход кварцевых часов. За работу по созданию атомного стандарта частоты доктор Эссен в 1959 году награжден Академией иаук СССР Золотой медалью имени А. С. Попова.

10. В 1960 году американский ученый Н. Рэмси построил атомный водородный генератор, весьма похожий по принципу действия на мазер. Точность водородных часов колоссальна — их погрешность примерно 10~⁸ секунды за сутки! Этот прибор также контролирует ход кварцевых часов.

времени знаменитым парадоксом Зенона? Помните, если, например, жук проползет 50 см, затем 25 см, а потом — 12,5 см и т. д., то он никогда не сможет достигнуть отметки 1 м? Не в эту ли чудовищную ситуацию попали «часовщики»? Нет, не в эту, а... в другую* похуже зеноновской. Ритмичность колебаний микрочастиц определяется так называемыми «мировыми константами» — скоростью света С, квантом действия И, элементарным зарядом е. Комбинация этих величин дает таинственное число квантового мира — безразмерную постоянную танкой структуры а. Формула npo-

1 „

ста: arrr-^г—==_., Теория и эксперимент свидетельствуют:

пс 1о7

незначительные или «тонкие» искажения микроколебаний пропорциональны именно а. Казалось бы, достаточно внести в расчеты а-поправки, и «идеальный ритм» достигнут. Аи нет: современные единые теории материи допускают изменение «мировых констант» в беспрестанно изменяющейся вселенной. Конечно, можно попытаться установить законы этих изменений, внести новые поправки в расчеты к повысить точность чесов еще на несколько порядков. Но будет ли «тиканье» таких хронометров идеальным? Едва ли. К сожалению, измерение времени относительно, как, впрочем, относительно само время.

27