Время является тем фактором, который определяет многие процессы и явления в окружающем нас мире. Точное измерение этого в значительной части абстрактного понятия выполняется приблизительно пятьюстами атомными часами, расположенными в различных уголках земного шара. Эти часы, позволяющие измерять промежутки времени, длительностью в десятки квадриллионных частей секунды за счет измерений колебаний атомов, являлись и являются сейчас стандартом измерения времени. Но, вполне вероятно, что время атомных часов начало подходить к концу, на свете появляются и другие технологии хронометрирования, включая оптические, обеспечивающие более высокую точность и разрешающую способность.
Все часы работают при помощи измерений временных интервалов путем подсчета количества колебаний известной частоты, получаемой от некоего высокостабильного источника. В обычных часах этим источником является маятник, в микроволновых атомных часах, на базе которых построена глобальная хронометрическая сеть и работает навигационная система GPS, источником частоты являются колебания атомов цезия. Атомы цезия колеблются на частоте, находящейся в микроволновой области электромагнитного спектра. Одной секунде, которая является единицей измерения времени в Международной системе единиц СИ, соответствует 9 191 631 770 периодов микроволнового излучения от атома цезия.
Функционирование оптических часов основано на тех же самых принципах, что и функционирование атомных часов. Но они измеряют время за счет колебаний атомов или ионов, частота колебаний которых в сотни тысяч раз выше, чем частота колебаний атомов цезия, и которая находится в оптическом диапазоне видимого света. Это делает оптические часы намного более точными, нежели атомные часы, однако их практическое использование было затруднено ранее из-за достаточно длинных промежутков между отдельными измерениями.
Исследователи из Национального института метрологии (National Metrology Institute), Германия, обошли вышеупомянутую проблему путем объединения оптических часов с квантовым генератором, устройством, подобным лазеру, но которое работает в микроволновом диапазоне спектра. Микроволновое излучение, вырабатываемое квантовым генератором, поступает на устройство, называемое частотной решеткой, так, что параметры излучения синхронизированы и соответствуют скорости «тикания» оптических часов. И когда оптические часы «уходят на перерыв», роль опорного сигнала для измерения времени играет сигнал квантового генератора.
«На время паузы, требующееся оптическим часам, квантовый генератор способен сохранить свою стабильность и обеспечить высокоточный сигнал для непрерывного измерения времени» — рассказывает Кристиан Гребинг (Christian Grebing), ведущий исследователь.
К сожалению, определить точность и погрешность измерения времени новыми часами не предоставляется возможным, ведь для этого требуются другие и еще более точные часы. Поэтому немецкие ученые рассчитали их точность теоретическим способом, она оказалась равна 2.5^10-16 и она является самой высокой на сегодняшний день. Точность новых оптических часов такова, что если бы они «шли» все 14 миллиардов лет, время, которое существует наша Вселенная, то ошибка измерения времени составила бы всего 100 секунд.
