שעונים: שעון אטומי -או- שעון אופטי - המהפכה הבאה בזמן ⚛️⏰

kidshamal
3 ביולי
זמן קריאה 4 דקות

כששומעים על שעון אטומי חושבים ישר על אנרגיה גרעינית, כמו שהמילה "אטומי" עלולה לרמוז...

אבל, לא. זה לא קשור לאיראן... זה שעון שמשתמש בהתנהגות של אטומים אמיתיים כדי למדוד זמן!

אטום הוא החלק הקטן ביותר של כל חומר. זה כביכול הלבנים הזעירות מהן בנוי הכל בעולם שסביבנו (כן, אפילו אנחנו...).

ומה זה קשור לזמן? מאז 1967, השנייה מוגדרת בצורה מדויקת כמליארדים תנודות של גל מיקרוגל, שמגרה את האטום (שנקרא צסיום-133) לעבור בין שתי רמות אנרגיה שונות. כמה מליארדרים? 9,192,631,770 (אבל מי סופר...)!

למה דווקא צסיום? צסיום הוא יסוד כימי (שהוא מתכת רכה וכסופה) שנקרא על שם המילה הלטינית "caesius" שמשמעותה "כחול שמיים" - כי כשהוא נשרף, מתקבלת להבה כחולה יפה.

הידעתם? גל מיקרוגל הוא סוג של קרינה אלקטרומגנטית (ממש כמו הגלים שמחממים את האוכל במיקרוגל שלכם, רק בתדר אחר).

קצת היסטוריה: מהשמש לאטום ⏳

פעם אנשים מדדו זמן לפי השמש (זוכרים איך עובד שעון שמש?), אחר כך השתמשו בשעוני חול ומים, ורק במאה ה-20 המציאו את השעון האטומי!

השעון האטומי הראשון נבנה בשנת 1955 על ידי המדען לואיס אסן במעבדות בל בארצות הברית. הוא השתמש באטומים אחרים בכלל, אטומי-אמוניה, לא צסיום. רק ב-1967 החליטו שהצסיום יהיה הבסיס להגדרה הרשמית של השנייה.

אבל איך בדיוק מתרחש הקסם?

זה נקרא "תהודה".

כשאתם דוחפים נדנדה בדיוק בזמן הנכון, היא מתנדנדת יותר חזק. באופן דומה, כשמקרינים על אטום צסיום בתדר המדויק בדיוק, הוא "מתנדנד" באופן חזק ויציב - וזה נותן לנו "טיק" מושלם למדידת זמן!

איך זה עובד? אטומי הצסיום "מתנדנדים" בתדר קבוע מאוד - כמו שעון מטוטלת מיקרוסקופית- אבל כזאת שלעולם לא מאטה.

שעוני הצסיום מגיעים לדיוק מדהים: הם יסטו בשנייה אחת רק אחרי 30 מיליון שנים!

אבל רגע לפני... בואו נתנדנד עם הקצב תיק-תוק , תיק-תוק

איך זה עובד? המדע מאחורי הקסם 🔬

בשעוני צסיום, אטומים עוברים בין שתי רמות אנרגיה כשמקרינים עליהם גל מיקרוגל. כל "קפיצה" בין הרמות מייצרת תנודה אחת.

הספירה של התנודות האלה - זה הזמן שלנו!

שעוני הצסיום משמשים היום ל-GPS, תזמון עסקאות פיננסיות, סנכרון רשתות חשמל ועוד.

בכל פעם שאתם משתמשים בווייז, תזכרו שזה בזכות השעונים האטומיים! 🗺️🚗

מהי המהפכה החדשה? שעונים אופטיים! 🌟

אבל עכשיו יש דבר חדש ומרגש - שעונים אופטיים! במקום להשתמש בגלי מיקרוגל, השעונים האלה משתמשים בלייזר בתדר אופטי (אור רגיל) כדי לעורר אטומים של סטרונציום, יתרביום, אינדיום ועוד מילים שרק מי שלומד פיזיקה הכימיה ומדעים מכיר...

מה ההבדל?

התדר של האור גבוה יותר פי 100,000 מגלי המיקרוגל - זה אומר שהשעון יכול "לספור" הרבה יותר מהר ובדיוק. זה כמו להחליף שעון שמתקתק פעם בשנייה בשעון שמצליח לתקתק 100,000 פעם בשנייה!

כמה מדויקים השעונים האופטיים? 🎯

שעונים אופטיים מדויקים פי 100-1,000 משעונים אטומיים. הם יסטו בשנייה אחת רק אחרי 6-16 מיליארד שנים. זה יותר מהגיל של היקום!

בשנת 2025, מדענים מ-6 מדינות (בריטניה, גרמניה, איטליה, צרפת, פינלנד ויפן) חיברו 10 שעונים אופטיים ביחד באמצעות קישורי לייזר ולוויין. הם הצליחו להשוות ביניהם בזמן אמת במשך 45 ימים - וגילו שכולם מסכימים זה עם זה ברמה מדהימה!

השוואה מהירה: אטומי נגד אופטי 📊

כי איך אפשר בלי כמה נתונים גיקיים ומדוייקים... (אפשר לדלג הלאה, אתם לא באמת חייבים להתעמק במספרים)

שעון אטומי (צסיום הוותיק):

אורך גל: 3 ס"מ
תדר: 9 מיליארד הרץ
דיוק: שגיאת שנייה אחת ב-30 מיליון שנים
רגישות לגובה: סנטימטרים

שעון אופטי (החדש):

אורך גל: 400-700 ננומטר (זעיר!)
תדר: 400-800 טריליון הרץ
דיוק: שגיאת שנייה אחת ב-6-16 מיליארד שנים
רגישות לגובה: מילימטרים

הנה הסבר קצר ומהיר איך עובדים האטומים של השעון האטומי

למה זה חשוב לכולנו? 🌍

ה-GPS סופר-מדויק ככה המיקום שלכם בטלפון יהיה מדויק ברמת הסנטימטרים במקום מטרים! זה בעיקר אומר שרכבים אוטונומיים יוכלו לנהוג בבטחה רבה יותר.
רשתות חשמל חכמות
סנכרון טוב יותר של רשתות החשמל יפחית תקלות ויאפשר חלוקת אנרגיה חכמה יותר.
מדע מתקדם
השעונים האלה יעזרו לבדוק את תורת היחסות של איינשטיין, לחפש חומר אפל ואפילו לבדוק אם הקבועים של הטבע באמת קבועים, כמו שנדמה לנו
מיפוי כדור הארץ
השעונים האלה כל כך רגישים לשינויי גובה, שהם יכולים לעזור למדענים למפות שינויים בגטבה מפלס הים (היוש התראת צונאמי מוקדמת...) ולעקוב אחרי מאגרי מים תת-קרקעיים!

השנייה החדשה מגיעה! 🚀

סביב 2030, הארגון הבינלאומי למדידות יחליף את ההגדרה של השנייה מצסיום לשעון אופטי.

זה יהיה השינוי הגדול ביותר בהגדרת הזמן מאז 1967!

הידעתם? עובדות מדהימות! 🤓

🔬 השעונים האופטיים כל כך רגישים שהם יכולים למדוד את השפעת תורת היחסות: שעון שנמצא סנטימטר אחד גבוה יותר "רץ" מעט יותר מהר!
⚛️ האטומים בשעון אופטי מקוררים לטמפרטורה של כמעט אפס מוחלט (-273°C) כדי שהם יתנהגו בצורה מדויקת.
🌌 השעונים האלה כל כך מדויקים שהם יכולים לגלות אם כדור הארץ מאט או מאיץ את הסיבוב שלו!
📡 רשת השעונים האופטיים של 2025 כללה 38 השוואות שונות, מתוכן 4 בוצעו לראשונה בהיסטוריה!
🚀 יש מדענים שמנסים למצוא סימנים לחיים מחוץ לכדור הארץ בעזרת שעונים אופטיים - הם בודקים האם חוקי הפיזיקה זהים בכל מקום ביקום!
⏰ כל חצי שנה מוסיפים או גורעים "שנייה מעוברת" כדי לשמור על התאמה בין השעון האטומי המושלם לסיבוב כדור הארץ הלא-כל-כך-מושלם!
📱 השעונים החכמים שלכם (כמו אפל ווטש או שיאומי) מתעדכנים מהאינטרנט, שמקבל את הזמן המדויק שלו משעונים אטומיים שנמצאים במעבדות מיוחדות בעולם! הכי שעון שוויצרי שיותר מדוייק מהשעון השוויצרי...