Физика тем самым была поставлена с головы на ноги, родилось реальное, а не аберрантное физическое мышление, после чего стало возможно рождение квантовой физики. В какой-то мере история повторилась через полвека, когда биологическая наука после открытия Уотсона и Крика встала с головы белковой гипотезы на ноги ДНКовой природы гена, после чего и стало возможно рождение реальной биологии.
Конечно, со времен Эйнштейна мы знаем, что во Вселенной время интетрировано с пространством, в результате чего возникло неразрывное пространство-время, которое искривляется под влиянием больших гравитационных масс. Известно также, что при запредельных скоростях, приближающихся к околосветовым, время замедляется и при «провале» в черную дыру вообще останавливается. Но оперируя этим знанием, наука тем не менее ничего не говорит о том, что такое время.
А весь прогресс ее — суть повышение разрешающей способности измерений все более кратких мгновений времени. Дело уже дошло до атгосекундных лазерных импульсов, при которых секунда дробится на доли, равные 1C18. При таких длительностях импульса не то что молекула, атом «замораживается» в своем движении, что позволяет детально изучать переходы электронов с одного квантового уровня на другой.
Сегодня уже трудно представить себе мир без мобильников и интернета, которые невозможны без миниатюрных атомных «ловушек», где движение единиц материи затормаживается чуть ли не до нуля с помощью лазерного света. У заторможенного же атома легко измерить квантовый переход, или классический боровский «скачок» с одного уровня на другой. Скачки эти совершаются за строго определенные промежутки, что и явилось новым стандартом времени.
Первые «примитивные» атомные часы использовали для определения квантового перехода микроволновое излучение, длина волны которого составляет 3,2 сантиметра. Поэтому обычные «промышленные» атомные часы, стоящие ныне в самых разных национальных бюро и институтах стандартов, представляют собой довольно внушительное сооружение размером с большой платяной шкаф.
Точность хода этих часов такова, что ошибка в 1 секунду набегает «всего лишь» за 30 миллионов лет! Гораздо шире распространены более «примитивные» часы размером с коробку из под обуви. Точность их на 3 порядка ниже, но зато тысячи подобных часов весьма активно используются по всему миру — ее хватает для современных средств связи, FM-радио, а также передачи данных в сетях со многими пользователями.
Бегунов на 100 метров обязательно разделяют по дорожкам, иначе они в своем неудержимом стремлении к финишу переломают друг другу ноги. Стайеры же бегут свои 5 или 10 тысяч метров с гораздо меньшими скоростями, поэтому им можно бежать и в толпе.
Атомам же цезия в стандартных часах приходится выступать «в толпе». Цезий был выбран при создании атомных часов благодаря тому, что он довольно легко испаряется при невысокой температуре, но в то же время масса его атомов достаточно велика, чтобы атомы вели себя в «облаке» весьма достойно и сдержанно.
При воздействии на облако микроволнового излучения с частотой 10 гигагерц атомы поглощают его энергию, которая индуцирует — вызывает — переход электронов с одного квантового уровня на другой. В целом таких возможных уровней 16, но создателей часов волнует лишь два специфических с максимально возможной частотой перехода.
В цезиевых часах оптимальная частота выходного сигнала составляет 9192 631 770 герц. Это и есть атомный эталон времени. Можно еще сказать, что атомные часы делают такое вот огромное количество «тик-таков» в 1 секунду. Можно также добавить, что «разведение» двух указанных энергетических состояний достигается колебаниями слабого магнитного поля.
Размер атомных часов диктуется, как уже говорилось выше, длиной волны излучения в 3,2 сантиметра.
Эта длина налагает ограничение на возможную и желательную миниатюризацию атомных часов.
В силу естественных причин, прежде всего охлаждения атомного облака, точность хода атомных часов определяется двумя основными параметрами. Это прежде всего повышение уровня сигнала по отношению к фоновому «шуму», то есть чтобы полезный сигнал не «размывался». А это размывание ведет к «уходу» от оптимальной частоты, что и является вторым параметром.