Đồng Hồ Nguyên Tử – Công Nghệ Đồng Hồ Chính Xác Nhất Thế Giới.

Có thể bạn chưa biết? Đồng hồ chính xác nhất Thế giới hiện nay là loại đồng hồ hoạt động bằng nguyên tử. Từ hồi giữa thế kỉ 20, từ ngày đầu tiên nó được tạo ra, đồng hồ nguyên tử đã luôn là chuẩn mực của việc đo đạc thời gian.

Suốt 50 năm qua, công nghệ nguyên tử được cả tiến cho hiệu quả hơn, ta đã có những chiếc đồng hồ nguyên tử có độ sai số chỉ 1 giây qua mỗi 30 tỷ năm, nhưng nguyên lý cơ bản của đồng hồ nguyên tử vẫn được giữ nguyên.

đồng hồ nguyên tử
NIST-F1, một trong những hệ thống đồng hồ nguyên tử chính xác nhất thế giới.

Theo Albert Einstein, người cha đỡ đầu của học thuyết tương đối: vũ trụ là một chiếc đồng hồ khổng lồ hoạt động theo những nguyên lí bất di bất dịch. Thời gian hay không gian cũng phải phục tùng những nguyên lí ấy.

Hay nói dễ hiểu hơn, dù ở bất kỳ đâu, chiếc đồng hồ của tự nhiên vẫn quay với vận tốc như vậy, không bao giờ thay đổi nếu có cùng một điều kiện.

Thuyết tương đối cho rằng vũ trụ hoạt động theo những quy luật không đổi và biến số không có gì khác ngoài thời gian và không gian. Dù ở thời gian nào, không gian nào trong vũ trụ, những chiếc đồng hồ tự nhiên vẫn chạy không lệch nhau một li.

Đồng hồ nguyên bản là một công cụ để theo dõi và cập nhật theo sự vận động của thế giới tự nhiên.

Và trong thế giới đồng hồ, còn chiếc đồng hồ nào chính xác hơn những chiếc đồng hồ hoạt động bằng chính sự vận động của nguyên lí tự nhiên.

Đồng hồ nguyên tử là gì?

Đầu tiên là đồng hồ nguyên tử khác với bom nguyên tử nhé, đồng hồ nguyên tử không có khả năng phản ứng phân rã nguyên tử để phát nổ nên bạn cứ an tâm.

Đồng hồ nguyên tử là đồng hồ điều chỉnh thời gian theo trạng thái dao động của nguyên tử. Tần số dao động của nguyên tử là không đổi và có thể đo được, vì vậy đồng hồ nguyên tử là loại đồng hồ chính xác nhất cho tới nay.

đồng hồ nguyên tử
Một chiếc đồng hồ nguyên tử điển hình

Loại nguyên tử được sử dụng trong đồng hồ nguyên tử đã thay đổi liên tục theo thời gian kể từ khi loại đồng hồ này ra đời. Bắt đầu là phân tử Amoniac, hiện tại là Cesium, Rubidium, Hydro, Strontium, … và tương lai có lẽ sẽ là dựa trên hạt nhân hoặc ánh sáng.

đồng hồ nguyên tử
Cỗ máy đồng hồ quang học ion.

Định nghĩa 1 giây chính xác là bao nhiêu.

Với sự ra đời của đồng hồ nguyên tử, các nhà khoa học đã có thể đưa ra mức tiêu chuẩn cho đơn vị một giây.
Nhưng trước khi phát minh ra đồng hồ nguyên tử, khái niệm chuẩn cho 1 giây đồng hồ chỉ là tương đối và dụng cụ đo thời gian thời bấy giờ chỉ là những chiếc đồng hồ cơ thủ công

Các mẫu đồng hồ thủ công do con người chế tạo như đồng hồ máy cơ hay thậm chí cả đồng hồ thạch anh có độ chính xác và sự ổn định chỉ ở mức tương đối, vừa đủ cho người bình thường sử dụng, nhưng không đủ độ ổn định chính xác để áp dụng cho các công cuộc theo dõi lâu dài các công trình nghiên cứu khoa học tự nhiên.

Một chiếc đồng hồ cơ chính xác nhất có độ sai số khoảng từ -4 đến +6 giây/ ngày còn đồng hồ pin tốt nhất có độ chính xác +-2 giây sau 10 ngày, chưa đủ độ tin cậy cho các nhà khoa học.

Các nhà khoa học cần một công cụ đo thời gian có độ chính xác gần như tuyệt đối, một chuẩn mực tuyệt đối cho một giây là bao nhiêu để áp dụng cho các máy móc, công nghệ hiện đại như GPS, vệ tinh, internet, máy tính, laptop, điện thoại di động,v.v… hoạt động chinh xác theo chuẩn mực ấy.

đồng hồ nguyên tử

Cho đến năm 1967, Hệ thống đơn vị đo lường quốc tế SI, qua nhiều cuộc nghiên cứu, chọn lọc, đã quyết định lấy chu kỳ thay đổi mức năng lượng của nguyên tử Cesium-1339,192,631,770 làm con số cụ thể và chính xác đơn vị 1 giây, và đồng hồ nguyên tử cũng hoạt động dựa trên việc đo lường từ chu kỳ vận động của nguyên tử Cesium.

đồng hồ nguyên tử
Thanh kim loại chất liệu Caesium.

Cách thức hoạt động của đồng hồ nguyên tử.

Hiện tại, đơn vị một giây trong hệ đo lường quốc tế (SI) được định nghĩa từ năm 1967 là sự kéo dài 9,192,631,770 chu kỳ của bức xạ tương đương với sự chuyển tiếp giữa hai mức trạng thái năng lượng của nguyên tử cesium (Caesium), đồng vị bền 133Cs.

Có thể hiểu nôm na là trong 1 giây nguyên tử 133Cs chuyển đổi giữa 2 trạng thái năng lượng 9,192,631,770 lần. Tần số của bức xạ sau một lần chuyển đổi được tính theo Δv = ΔE/h (với h là hằng số Planck).

Phần chính của đồng hồ nguyên tử là một máy cộng hưởng vi sóng, máy có thể tự điều chỉnh tần số (khi có chênh lệch nhỏ) và so sánh với tần số bức xạ nguyên tử, khi hai giá trị này bằng nhau, máy dò sẽ nhận được một tín hiệu cực đại, 9 192 631 770 tín hiệu sẽ cho ra 1 giây.

đồng hồ nguyên tử
Cấu trúc bộ máy hoạt động của đồng hồ nguyên tử.

Độ chính xác của máy cộng hưởng vi sóng thường có giá trị khoảng 10−14 (chênh lệch chỉ 1 giây sau 3 triệu năm).

Lịch sử sơ lược của đồng hồ nguyên tử.

Các nhà khoa học, qua học thuyết tương đối dưới sự củng cố của nhà bác học Albert Einstein, đã đưa ra ý tưởng áp dụng sự vận động của nguyên tử để đo lường thời gian tuyệt đối từ lâu.

Nhưng phải tới năm 1945, cơ chế hoạt động của của đồng hồ nguyên tử mới được Tiến sĩ Isidor Isaac Rabi phát minh nhưng chưa hoàn thiện.

Năm 1949, đồng hồ nguyên tử đầu tiên hoạt động theo chuyển động của phân tử Amoniac được chế tạo bởi Viện tiêu chuẩn và kĩ thuật Quốc gia Hoa Kỳ (NIST, trước kia NBS).

Năm 1955: Louis EssenJack Parry chế tạo thành công đồng hồ nguyên tử hoạt động theo chuyển động nguyên tử 133Cs tại phòng thí nghiệm Vật lý Quốc gia Anh (NPL).

đồng hồ nguyên tử
Hai nhà sáng chế Louis EssenJack Parry và cỗ máy đồng hồ nguyên tử hoàn thiện đầu tiên trên Thế giới.

Năm 1967, “đồng hồ nguyên tử Cesium-133” trở thành tiêu chuẩn để xác định một giây trong Hệ thống Đơn vị Quốc tế. Trong số các đồng vị khác nhau của các nguyên tử cesium, cesium-133 là đồng vị duy nhất không phát ra các tia phóng xạ, tồn tại ở trạng thái ổn định trong tự nhiên.

Ngoài nguyên tử 133Cs; nguyên tử Rubidium, Hiđrô và các nguyên tử hay phân tử khác đã được dùng, độ chính xác ngày càng cao hơn.

Lĩnh vực sử dụng.

Đồng hồ nguyên tử được dùng để đo chính xác thời gian, xác định tiêu chuẩn giờ, phối hợp các múi giờcác hệ thống giờ với nhau.

Ngoài ra, đồng hồ nguyên tử còn được dùng trong tên lửa, máy bay không người lái, và đặc biệt là đo thời gian để xác định khoảng cách trên vệ tinh trong các hệ thống định vị như GPS, GLONASS hay Galileo.

Ở đâu có đồng hồ nguyên tử?

Hiện tại, có hơn 420 đồng hồ nguyên tử trên toàn thế giới ở hơn 50 quốc gia. Thời gian từ các đồng hồ này được tổng hợp và đưa vào Viện Thời gian nguyên tử quốc tế (viết tắt la TAI, từ tiếng Pháp – Temps Atomique International).TAI là thời gian quốc tế của trái đất, và là cơ sở cho giờ Quốc tế UTC.

Đồng hồ đeo tay có thể có độ chính xác như đồng hồ nguyên tử được không? Và dòng đồng hồ nào có thể làm được như vậy?

Bộ máy cho đồng hồ nguyên tử rất lớn, vận dụng rất nhiều công suất và chúng không thể gói gọn vỏn vẹn trong một chiếc đồng hồ đeo tay được.

Tuy nhiên, thay vì sở hữu một chiếc đồng hồ nguyên tử, chúng ta vẫn có thể sở hữu dòng đồng hồ đeo tay có thể tự động bắt tín hiệu, cập nhật thông số từ đồng hồ nguyên tử từ các trạm radio.

Những dòng đồng hồ này được gọi là đồng hồ Radio Controlled rất nổi tiếng của thương hiệu Citizen.

đồng hồ nguyên tử

Dòng đồng hồ sẽ nhận tín hiệu từ một trạm tín hiệu vô tuyến radio gần nhất và thiết lập lại thời gian của nó một lần một ngày. Đây là cách dễ nhất để có được độ chính xác của đồng hồ nguyên tử trên tay bạn.

đồng hồ nguyên tử

Radio Controlled còn là một dòng đồng hồ rất thích hợp với những người phải thường xuyên đi công tác qua nhiều quốc gia, địa lý khác nhau, với công nghệ Global Radio Controlled – sẽ tự động bắt tín hiệu sóng vô tuyến ở trạm đồng hồ nguyên tử và điều chỉnh thời gian đồng bộ theo giờ chuẩn địa phương nơi người sử dụng di chuyển đến.

đồng hồ nguyên tử

Đồng hồ công nghệ Radio Controlled có thể tự động điều chỉnh giờ theo giờ của 26 thành phố trên thế giới và giờ UTC, giúp người sử dụng không phải mất quá nhiều thời gian để căn chỉnh lại giờ khi thường xuyên phải di chuyển qua nhiều múi giờ địa lý.

Videos preview một mẫu đồng hồ Radio Controlled tại Tân Tân.

Ngoài ra, đồng hồ CITIZEN Radio Controlled sử dụng công nghệ Eco-drive, công nghệ năng lượng ánh sáng tiên tiến nhất và là độc quyền của hãng Citizen, sẽ khai thác bất cứ nguồn ánh sáng nào và chuyển đổi thành năng lượng cho đồng hồ hoạt động; giúp người sử dụng không phải quan tâm hoặc mất thời gian cho việc thay Pin cho đồng hồ.

Khi được nạp đầy, ngay trong bóng tối đồng hồ có thể hoạt động liên tục từ 6 tháng đến 1 năm. Bạn chỉ cần để đồng hồ tiếp xúc với ánh sáng, nó sẽ tự hoạt động. Nếu sử dụng cẩn thận, tuổi thọ của chúng có thể kéo dài từ 5 – 10 năm.

Một số mẫu đồng hồ Citizen Eco-Drive Radio Controlled tiêu biểu tại Tân Tân.

Đồng hồ CITIZEN AT9082-01A
Đồng hồ CITIZEN AT8124-83E
Đồng hồ CITIZEN JY8069-88E

Hiện nay, Tân Tân là nhà phân phối chính thức của thương hiệu Citizen tai Việt Nam. Để tham khảo thêm và sở hữu các mẫu đồng hồ Citizen Eco-Drive Radio Controlled, quý bạn đọc có thể vào link website sau:

https://donghotantan.vn/dong-ho-citizen/radio-controlled/

đồng hồ nguyên tử