В опыте используются атомные часы, основанные на микроволновом излучении, которое в свою очередь зависит от скорости движения во внешнем магнитном поле.

С чем Хайфеле и Китинга мы все и поздравляем.

 

Как устроены атомные часы: Это обычные кварцевые часы, сила тока в них настроена на определенную частоту (резонанса с цезием 133) микроволнового излучения. Если частота уходит от определенного значения, сила тока меняется в излучателе и часах, пока не наступит резонанс с цезием 133.

 

Вроде все хорошо.

 

Как работает излучатель: в постоянном магнитном поле движутся электроны около катода. Сила Лореца закручивает электроны в зависимости от силы тока в электромагнитах. В зависимости от этой закрутки излучается определенная микроволновая частота. Но у нас есть еще и внешнее магнитное поле и на разных самолетах движение происходит с разной скоростью в этом поле. Следовательно частота излучения несколько отличается от предполагаемой для данного тока. Атомные часы этого не знают и меняют ток, для получения нужной частоты. При этом они меняют ток в кварцевых часах, то есть увеличивают, или уменьшают их скорость. А значит атомные часы "подкручивают" сами себя в зависимости от скорости полета самолета.

 

Молодцы Хайфеле и Китинг!!! Проверили они наконец-то: магнитное поле влияет на движение электронов!!!

А больше ничего не проверили, при этом непонято зачем было на самолетах-то летать?

...что электромагнитные импульсы с периодом 1,55780645169838 миллисекунды излучает нейтронная звезда с массой Солнца, радиусом 10 км, вращающаяся со скоростью 642 оборота в секунду. Эти сигналы по стабильности не уступают лучшим атомным часам.

Память подсказывает, что период обращения пульсара плывёт со временем в сторону увеличения. Более того, по скорости дрейфа периода люди делают оценки возраста пульсаров.

Что касается Вашего вопроса, то в реальном мире абсолютно инерциальных систем не существует. Мерой неинерциальности является не скорость, а ускорение. В формуле для центростремительного ускорения буков немного, и они с очевидностью показывают, что часы на спутнике гораздо более неинерциальные, чем часы на поверхности. Там на самом деле вращение Земли больший вклад даст, чем её орбитальное движение. А эффект для спутников заключается в ...дцатом знаке после запятой. То есть более тонкие вещи, о которых спрашиваете Вы, пока просто незаметны технически.

...что электромагнитные импульсы с периодом 1,55780645169838 миллисекунды излучает нейтронная звезда с массой Солнца, радиусом 10 км, вращающаяся со скоростью 642 оборота в секунду. Эти сигналы по стабильности не уступают лучшим атомным часам.

Память подсказывает, что период обращения пульсара плывёт со временем в сторону увеличения. Более того, по скорости дрейфа периода люди делают оценки возраста пульсаров.

Пульсары бывают разные. Есть двойные, есть одиночные и у них разные свойства. Например здесь http://www.3dnews.ru/news/u_sputnikov_gps_..._chshrnie_diri/ говорится о том, что бы не заморачиваться с разностью показаний часов, для систем GPS используется единое пульсарное время как для аппаратуры на Земле так и для аппаратуры на спутниках.

Вопрос я задала как раз об орбитальной скорости Земли, а не спутников. В её орбитальной скорости имеется периодическая, годовая разница равная 1 км/сек. Но на атомных часах это не сказывается, судя по невероятной их стабильности, равной 1 сек за 300 млн.лет.

Если уж тема про атомные часы, то есть такой вопрос:

Сообщается, что для спутников, которые движутся со скоростью 3874 м/с, часы идут медленнее, чем для земли. Это релятивистское время ведет к неточности во времени примерно в 7,2 микросекунде в день (1 микросекунд = 10^-6 секунд).

Собственно вопрос: Почему часы на Земле не реагируют на годовое орбитальное движение? Ведь средняя скорость орбитального движения Земли 29.765 км/с ~ 100 000 км/ч, что на порядок больше, чем орбитальная скорость спутников! К тому же эта скорость не равномерна, а происходит с регулярным ускорением и замедлением:

Наибольшая орбитальная скорость (в перигелии) 30.287 км/с

Наименьшая орбитальная скорость (в афелии) 29.291 км/с

Объяснения, типа "Всё зависит от ИСО" не проходят, ибо время можно сверить и с внешними, неподвижными источниками, например таким:"В 1982 году в спор между астрономическим определением эталона Времени и победившими его атомными часами вмешался новый астрономический объект — миллисекундный пульсар. Радиотелескопы фиксируют импульсный поток, который покинул звезду 30 тысяч лет назад. Астрономы выдвинули гипотезу, что электромагнитные импульсы с периодом 1,55780645169838 миллисекунды излучает нейтронная звезда с массой Солнца, радиусом 10 км, вращающаяся со скоростью 642 оборота в секунду. Эти сигналы по стабильности не уступают лучшим атомным часам.

Таким образом, данный пульсар является для Солнечной системы внешним (неподвижным) эталоном времени, по сравнению с которым, атомные часы, двигаясь вместе с Землёй по орбите, должны были бы показывать замедление и ускорение. Но ведь такой факт отсутствует?

 

Как раз присутствует. Но непрофессионалы-журналисты не знают о поправках, в которые их не посвящают.

Как следует из упомянутого обсуждения в данной теме - видимо будущие астрономы делают ДЛЯ СЕБЯ открытия среди уже известных людям разделов знаний.

 

В данном случае речь идет о поправке, которую обязательно учитывают астрономы при точных измерениях времени и координат, называемой аберрацией. Причем поправлять приходится не только время, но и координаты объекта.

 

"Движущийся наблюдатель видит астрономический объект смещённым на некоторый угол в направлении своего движения. Это явление называется аберрацией и связано с конечностью скорости света. Этот угол зависит от угла  между направлением на объект и направлением движения наблюдателя, а также от величины скорости наблюдателя V , согласно выражению , где c  скорость света. Откуда получено это выражение видно из рис. 25. За время  свет от звезды B проходит расстояние OE = с, а наблюда-тель проходит расстояние DE = V. Истинное направление на звез-ду  OB, а полученное из наблюдений  OA. Суточная аберрация задаётся движением наблюдателя вокруг оси Земли. Она зависит от широты. На экваторе она максимальна и составляет 0,319 угловых секунд. Годичная аберрация задаётся скоростью движения Земли по орбите вокруг Солнца Vср = 29,765 км/с. Для этой скорости угол аберрации равен 20,49 угловых секунд умноженных на синус угла наблюдения относительно плоскости эклиптики. Направление вектора V при движении наблюда-теля по окружности постоянно меняется. Поэтому звёзды описывают на небе эллипсы с периодом 1 сутки и 1 год."

 

Создание опорной инерциальной системы координат в пространстве и согласованного комплекса фундаментальных астрономических и геодезических постоянных, необходимых для точной навигации на Земле и в космосе, невозможно без введения и учёта десятков (иногда сотен) поправок к непосредственно наблюдаемым приборным данным. Более подробно с этим разделом знаний можно ознакомиться в книгах, таких как:

 

Время и частота / Ред. Дж. Джесперсон, Б. Блейлер, Л. Геттерер / Пер. с англ. М.: Мир, 1973. 212 с

Подобед В. В., Нестеров В. В. Общая астрометрия. М.: Наука, 1975. 552 с.

Астрономический календарь: Постоянная часть / Под ред. В. К. Абалкина. М.: Наука, 1981. 704 с.

Если уж тема про атомные часы, то есть такой вопрос:

Сообщается, что для спутников, которые движутся со скоростью 3874 м/с, часы идут медленнее, чем для земли. Это релятивистское время ведет к неточности во времени примерно в 7,2 микросекунде в день (1 микросекунд = 10^-6 секунд).

Собственно вопрос: Почему часы на Земле не реагируют на годовое орбитальное движение? Ведь средняя скорость орбитального движения Земли 29.765 км/с ~ 100 000 км/ч, что на порядок больше, чем орбитальная скорость спутников! К тому же эта скорость не равномерна, а происходит с регулярным ускорением и замедлением:

Наибольшая орбитальная скорость (в перигелии) 30.287 км/с

Наименьшая орбитальная скорость (в афелии) 29.291 км/с

Таким образом, данный пульсар является для Солнечной системы внешним (неподвижным) эталоном времени, по сравнению с которым, атомные часы, двигаясь вместе с Землёй по орбите, должны были бы показывать замедление и ускорение. Но ведь такой факт отсутствует?

Мало того, Земля движется не по прямой, так что угол между направлением на пульсар и вектором скорости меняется с годовой периодичностью. Это должно приводить к видимым колебаниям периода уже в первом порядке по скорости (10^{-4}). Отсюда вытекает подозрение, что стабильный период получается после внесения поправок на правильный (релятивистский) эффект Допплера, автоматически учитывающий, в том числе, и колебания модуля орбитальной скорости Земли.

]

Мало того, Земля движется не по прямой, так что угол между направлением на пульсар и вектором скорости меняется с годовой периодичностью. Это должно приводить к видимым колебаниям периода уже в первом порядке по скорости (10^{-4}). Отсюда вытекает подозрение, что стабильный период получается после внесения поправок на правильный (релятивистский) эффект Допплера, автоматически учитывающий, в том числе, и колебания модуля орбитальной скорости Земли.

Да, подозрения возникают, однако, после тщательного поиска различных источников, упоминавших о точности пульсаров, не найдено ни одного, где бы сообщалось, что эти поправки имели место быть.

 

]

Мало того, Земля движется не по прямой, так что угол между направлением на пульсар и вектором скорости меняется с годовой периодичностью. Это должно приводить к видимым колебаниям периода уже в первом порядке по скорости (10^{-4}). Отсюда вытекает подозрение, что стабильный период получается после внесения поправок на правильный (релятивистский) эффект Допплера, автоматически учитывающий, в том числе, и колебания модуля орбитальной скорости Земли.

Да, подозрения возникают, однако, после тщательного поиска различных источников, упоминавших о точности пульсаров, не найдено ни одного, где бы сообщалось, что эти поправки имели место быть.

Ну вот хотя бы: http://ufn.ru/ufn94/ufn94_6/Russian/r946j.pdf

Анализ времени прихода импульсов PSR 0329+54 проводился по... Времена прихода импульсов приводились к барицентру Солнечной системы с использованием эфемерид JPL DE200 [4] и координат пульсара [2]...

X-man же выше привел цитату и источники. А иначе никак, без поправок частота в течение года плавала бы в четвертом-пятом знаке (для пульсара в точности над эклиптикой -- в девятом, там только поперечный эффект и влияет только упомянутая Вами переменность модуля скорости^*).

^* УПД: это то есть, если убрать суточное вращение.

Мало того, Земля движется не по прямой, так что угол между направлением на пульсар и вектором скорости меняется с годовой периодичностью. Это должно приводить к видимым колебаниям периода уже в первом порядке по скорости (10^{-4})....

 

X-man же выше привел цитату и источники. А иначе никак, без поправок частота в течение года плавала бы в четвертом-пятом знаке (для пульсара в точности над эклиптикой -- в девятом, там только поперечный эффект и влияет только упомянутая Вами переменность модуля скорости^*).

^* УПД: это то есть, если убрать суточное вращение.

Так об этом и речь! Если на внешнем источнике импульсов наблюдаются нестабильность периодичности, и приходится делать поправки и суточные, и годовые, то как может заявляться стабильность атомных часов на Земле (10^-14, даже 10^-16), которые двигаются вместе с Землёй, и имеют и суточные, и годовые как скоростные , так и гравитационные нестабильности?

 

Но непрофессионалы-журналисты не знают о поправках, в которые их не посвящают.

Следует ли это понимать так, что АБСОЛЮТНО ВСЁ, сообщаемое журналистами в СМИ - есть ложь, а истинные знания принадлежат только избранным профессионалам-специалистам, которые намеренно сообщают журналистам не полную информацию, с целью ввести в заблуждение всех, кто будет читать эту не полную информацию?

Но непрофессионалы-журналисты не знают о поправках, в которые их не посвящают.

Следует ли это понимать так, что АБСОЛЮТНО ВСЁ, сообщаемое журналистами в СМИ - есть ложь, а истинные знания принадлежат только избранным профессионалам-специалистам, которые намеренно сообщают журналистам не полную информацию, с целью ввести в заблуждение всех, кто будет читать эту не полную информацию?

 

Ну, не надо лезть в бутылку. Проблема в понимании. Чтобы достигнуть понимания, специалист, например физик-теоретик, проходит долгий путь - физический факультет, работа в институте, чтение литературы, которую остальные оставляют на второй странице. Если специалист рассказывает что-то журналисту по своей специальности, то потом с удивление узнает из печати, что все было переврано до неузнаваемости. Нужно иметь особый талант популяризатора, чтобы упростить рассказываемое до понимания журналиста-гуманитария. А у последнего стоит аналогичная задача, поскольку его читатели могут еще меньше понимать чем он. В общем ключевое слово здесь - упростить.

Но, мне лично ваш первоначальный вопрос понравился - ответить на него не так-то просто.

 

Мало того, Земля движется не по прямой, так что угол между направлением на пульсар и вектором скорости меняется с годовой периодичностью. Это должно приводить к видимым колебаниям периода уже в первом порядке по скорости (10^{-4})....

 

X-man же выше привел цитату и источники. А иначе никак, без поправок частота в течение года плавала бы в четвертом-пятом знаке (для пульсара в точности над эклиптикой -- в девятом, там только поперечный эффект и влияет только упомянутая Вами переменность модуля скорости^*).

^* УПД: это то есть, если убрать суточное вращение.

Так об этом и речь! Если на внешнем источнике импульсов наблюдаются нестабильность периодичности, и приходится делать поправки и суточные, и годовые, то как может заявляться стабильность атомных часов на Земле (10^-14, даже 10^-16), которые двигаются вместе с Землёй, и имеют и суточные, и годовые как скоростные , так и гравитационные нестабильности?

Дак для земного источника эти поправки почти все зануляются. Допплера нет, гравитационные поправки (относительно инерциальной бесконечности) одинаковы и для часов, и для их хозяина. Но вроде как, если возить часы на самолете, выявляются и те и другие поправки. Тем более на GPS спутниках.

Если специалист рассказывает что-то журналисту по своей специальности, то потом с удивление узнает из печати, что все было переврано до неузнаваемости.

Значит так рассказал... А что бы журналисты не перевирали - что мешает тем же специалистам САМИМ публиковать свои статьи популярно так, что бы было понятно?

Нужно иметь особый талант популяризатора, чтобы упростить рассказываемое до понимания журналиста-гуманитария. А у последнего стоит аналогичная задача, поскольку его читатели могут еще меньше понимать чем он. В общем ключевое слово здесь - упростить.

Насколько я понимаю, задача науки и заключается в том, что бы непонятное сделать понятным, а сложное - простым для понимания. Если ученый не может понятно изложить собственные идеи - это проблема ученого.

 

Дак для земного источника эти поправки почти все зануляются. Допплера нет, гравитационные поправки (относительно инерциальной бесконечности) одинаковы и для часов, и для их хозяина.

И что же? Ведь согласно теории относительности любое изменение скорости или гравитации замедляет само время, и от конструкции часов не зависит! А нестабильность легко бы была видна по эфемеридному времени. Неужели, например, движущаяся по отношению к солнечной системе Туманность Андромеды будет замедлять или ускорять свое движение синхронно со всеми нестабильностями Земли, только бы угодить земным атомным часам?

Но вроде как, если возить часы на самолете, выявляются и те и другие поправки. Тем более на GPS спутниках.

Это только "вроде как"... на спутниках GPS если они оборудованы атомными часами, не обнаруживается нестабильности. Их на земле ещё "подкручивают" так, что бы разницы с земными не было. Но ведь и у спутников орбиты чаще всего не круговые, а эллиптические, следовательно и скорости относительно Земли разные, но нестабильности часов нет. Хотя спутники проходят и между землёй и Луной...Гравитация тоже не стабильна.. Но часы как на земле "подкрутили", так они и тикают...

Нестабильность я понимаю так: сегодня часы на (мили, микро, нано)секунду ушли вперёд, завтра - на две назад, послезавтра на семь вперёд и так далее...Главное - непредсказуемо на сколько, и непредсказуемо куда..

 

Значит так рассказал... А что бы журналисты не перевирали - что мешает тем же специалистам САМИМ публиковать свои статьи популярно так, что бы было понятно?

 

Ну, как я уже говорил, для этого особый талант нужен . Писать такие статьи не учат, особенно в России. Аспирантов и научных сотрудников учать писать научные статьи выдуманным формализованным научным языком и когда они пытаются написать что-то популярным языком, то получается опять скучная научная статья.

Кстати знакомый рассказывал. Работает в англоязычной стране. У них как-то в лаборатории семинар проводили "Как читать научные статьи русских". В общем один из выводов был такой: "Не спешите отбрасывать статью, ее нужно перечитывать многократно, просто они пишут так, как будь-то у них огромный дефицит бумаги".

 

Насколько я понимаю, задача науки и заключается в том, что бы непонятное сделать понятным, а сложное - простым для понимания.

Ну, насчет задачи науки наверное не так однозначно. Скорее от науки ждут, что она добудет что-то новенькое, что можно использовать на практике, в том числе и понимание окружающего мира. Да и вообще просто - это то что ты знаешь, понимаешь и умеешь, а сложно - то же самое только с частицей "не". Ну а понимание, как я уже говорил, процесс долгий.

 

Если ученый не может понятно изложить собственные идеи - это проблема ученого.

 

Да еще какая. Большинство из них считает ниже своего достоинства излагать собственные идеи популярным языком (знаю я это, поскольку выпускаю журнал "Домашняя лаборатория"). В результате те кто распределяют деньги - ничего не знают об этих идеях и не понимают их важности и дают деньги шарлатанам которые уверенным тоном несут всякий бред, но с обещанием всевозможных выгод.

Дак для земного источника эти поправки почти все зануляются. Допплера нет, гравитационные поправки (относительно инерциальной бесконечности) одинаковы и для часов, и для их хозяина.

И что же? Ведь согласно теории относительности любое изменение скорости или гравитации замедляет само время, и от конструкции часов не зависит! А нестабильность легко бы была видна по эфемеридному времени. Неужели, например, движущаяся по отношению к солнечной системе Туманность Андромеды будет замедлять или ускорять свое движение синхронно со всеми нестабильностями Земли, только бы угодить земным атомным часам?

Но вроде как, если возить часы на самолете, выявляются и те и другие поправки. Тем более на GPS спутниках.

Это только "вроде как"... на спутниках GPS если они оборудованы атомными часами, не обнаруживается нестабильности. Их на земле ещё "подкручивают" так, что бы разницы с земными не было. Но ведь и у спутников орбиты чаще всего не круговые, а эллиптические, следовательно и скорости относительно Земли разные, но нестабильности часов нет. Хотя спутники проходят и между землёй и Луной...Гравитация тоже не стабильна.. Но часы как на земле "подкрутили", так они и тикают...

Нестабильность я понимаю так: сегодня часы на (мили, микро, нано)секунду ушли вперёд, завтра - на две назад, послезавтра на семь вперёд и так далее...Главное - непредсказуемо на сколько, и непредсказуемо куда..

Про это я Вам и толкую. Принцип относительности называется. Стабильность определяется сравнением с эталоном. Если эталон подвержен тем же искажениям, что и рассматриваемый прибор, то нестабильность этого прибора (уход от эталона) определяется не гравитационным полем, а всякой ерундой вроде градиентов температуры, колебаний почвы от трамваев или приливных явлений. Когда беспорядочный звон становится меньше заданного значения, это значение и называют уровнем нестабильности.

 

Тут возникает вопрос, что назначить эталоном. Эталоны сами нестабильны; сколько я понимаю, когда новые гаджеты начинают не уступать эталонам по разбросу, возникает вилка, надо решить, кто теперь будет эталон. Поскольку экспериментально это сделать невозможно, приходится припутывать общепринятые теории. По ним, например, выходит, что атомные часы сейчас точнее эфемеридного времени. Поэтому собрались и решили, что с такого-то числа работает атомное время.

 

Да, туманность Андромеды (и все мироздание) именно замедляет или ускоряет свое движение в системе, где установлены атомные часы (например, относительно московской лаборатории). Поскольку для некоторых приложений эти эффекты рассматривать неудобно, выбирают более спокойную систему отсчета, например, связанную с центром масс Солнечной системы. В такой системе спектральные линии не ползают, однако появляется другое неудобство: все часы в Москве, Александрии и пр. идут слегка неравномерно. Это как с тришкиным кафтаном. Тогда заводят воображаемые часы, по которым все выглядит прилично.

 

Про спутники я не настолько в курсе. Знаю, что на них стоят атомные часы, но какие вводятся поправки для бытовых применений, какие для государственных нужд и и какие для специальных экспериментов, это Вам лучше посмотреть литературу. Какие-то поправки заведомо вводятся, в частности, применяют искажения для ограничения точности (против шпионов и пр.)

 

 

Ну, насчет задачи науки наверное не так однозначно. Скорее от науки ждут, что она добудет что-то новенькое, что можно использовать на практике, в том числе и понимание окружающего мира.

Что бы на практике хоть что-то использовать, нужно, что бы это поняли инженеры-практики, как правило не являющиеся узкими специалистами по какой-то одной теме. Теоретики чаще всего и не умеют что-то изготовлять практически.

Да еще какая. Большинство из них считает ниже своего достоинства излагать собственные идеи популярным языком (знаю я это, поскольку выпускаю журнал "Домашняя лаборатория"). В результате те кто распределяют деньги - ничего не знают об этих идеях и не понимают их важности и дают деньги шарлатанам которые уверенным тоном несут всякий бред, но с обещанием всевозможных выгод.

У меня возникли подозрения, что релятивисты тоже уверенным тоном несут бред в течении 105 лет, а реальной пользы от них человечеству нет, хотя на протяжении всего этого времени они требуют всё больше и больше денег на "исследования".