tendinte in domeniul automatizarii: Profesorul Ullrich, Physikalisch-Technische Bundesanstalt este cunoscut pentru ceasurile sale precise si, in acest sens, este o autoritate in materie de timp. Dar ce este de fapt timpul?

Prof. Dr. Joachim H. Ullrich: Aceasta este o intrebare foarte complexa. Noi, fizicienii, ne usuram sarcina si definim timpul in termeni de procese previzibile si recurente, de exemplu rotatia Pamantului sau un pendul. Aceasta definitie foarte pragmatica a fost deja data de Albert Einstein, laureat al Premiului Nobel si curator al PTB. Dupa aceea, timpul este ceea ce se citeste pe ceas. Cu toate acestea, de la Einstein incoace, stim si ca timpul este relativ, de exemplu, ca timpul trece mai incet atunci cand suntem in miscare sau intr-un camp gravitational. Perceptia umana a timpului este, de asemenea, relativa. Inca o data, bazat vag pe spusele lui Einstein: doua minute in compania unei fete dragute par foarte scurte, in timp ce doua minute pe un aragaz incins pot parea infinit de lungi.
In plus, exista multe intrebari fara raspuns de exemplu, daca timpul are un inceput sau un sfarsit si cat dureaza prezentul in perceptia umana. Ceasul biologic si particularitatile culturale in abordarea timpului sunt, de asemenea, subiecte de mare interes si actualitate in stiinta.

tendinte in domeniul automatizarii: Cum poate fi masurat timpul?

Ullrich: Cu un pendul, de exemplu. Cu cat pendulul este mai scurt, cu atat se misca mai repede si timpul poate fi masurat cu mai multa precizie. Chiar mai precise sunt ceasurile cu cuart, in care un cristal este facut sa oscileze cu ajutorul unei tensiuni electrice. Se balanseaza de peste 30.000 de ori pe secunda. Cele mai precise ceasuri din acest moment sunt ceasurile atomice, chiar daca atomii in sine nu oscileaza in ele. In schimb, se folosesc radiatii electromagnetice mai exact microunde. Ele oscileaza chiar mult mai repede decat un cristal de cuart, de aproximativ noua miliarde de ori pe secunda. Utilizam radiatii cu microunde pentru a excita electronii din atomii de cesiu. Si pentru ca acest lucru functioneaza numai daca radiatia are o frecventa de oscilatie specifica, putem sa o folosim pentru a defini valoarea unei secunde si, de asemenea, sa o determinam foarte precis.
Desigur, trebuie sa verificam in mod constant daca stabilim ritmul corect si daca stimulam cu adevarat electronii. Pentru a face acest lucru, mai intai trimitem atomii de cesiu intr-un fascicul orizontal prin campuri magnetice si de microunde si apoi, cu ajutorul unui detector pozitionat inteligent, numaram numai atomii cu electroni excitati. In cazul celor mai precise doua ceasuri ale noastre, avem o aranjare diferita si trimitem atomii de cesiu vertical in sus prin campul de microunde, ca o fantana. Ulterior, trec prin camp pentru a doua oara in timp ce cad. Cu aceste ceasuri atomice, putem determina secunda cu saisprezece zecimale.

tendinte in domeniul automatizarii: Ceasurile de mana sau ceasurile de statie nu trebuie sa fie atat de precise. Pentru ce aveti nevoie de o precizie ridicata?

Ullrich: Inexactitatea se acumuleaza si relativ repede. De aceea, putem garanta o precizie ridicata pe termen lung doar cu ceasuri foarte precise. In plus, masurarea exacta a timpului joaca un rol important in special pentru subiectele stiintifice. Unul dintre subiectele noastre principale la PTB este, de exemplu, intrebarea daca constantele naturale, cum ar fi asa-numita constanta de structura fina, care include viteza luminii si cuanta de actiune a lui Planck, sunt intr-adevar constante. Exista indicii ca acest lucru nu este adevarat. In cazul in care suspiciunea ar fi confirmata, acest lucru ar avea consecinte profunde, deoarece multe legi si modele se bazeaza pe constante naturale. De altfel, cercetatorii timpului au aflat inca din anii 1930, cand secunda era inca definita ca o fractiune din rotatia Pamantului, ca masuratorile precise pot da peste cap multe presupuneri considerate sigure. In acel moment, aici, la PTB, au fost puse in functiune cele mai precise ceasuri cu cuart din acea vreme. Cercetatorii au descoperit ca Pamantul se roteste tot mai incet si, in special, in mod neregulat si nu intotdeauna cu aceeasi viteza, asa cum se presupunea la acea vreme pentru definirea timpului.

tendinte in domeniul automatizarii: Exista si aplicatii practice pentru ceasurile atomice?

Ullrich: Ceasurile atomice ticaie, de exemplu, pe satelitii de pozitionare pentru sistemul american GPS sau rusesc GLONASS, dar si pentru primii sateliti ai sistemului european Galileo. Acestea determina pozitiile folosind timpii de deplasare a semnalului intre satelit si pamant si, astfel, au nevoie de informatii temporale foarte precise. De asemenea, geodezii doresc sa masoare in spatiu cu ajutorul ceasurilor in viitorul apropiat. Acest lucru face posibila masurarea cu mare precizie a pozitiei relative a doi sateliti si deducerea campului gravitational al pamantului fata de modificarile acestora, realizand astfel o cartografiere completa. Cu masuratori similare pe Pamant si cu ceasuri si mai precise, in viitor ar putea fi detectate chiar si distributii de masa diferite si, astfel, ar putea fi localizate si resursele minerale. In prezent, lucram la astfel de subiecte impreuna cu multi cercetatori din cadrul clusterului de excelenta QUEST de la Leibniz Universität Hannover.

tendinte in domeniul automatizarii: Au ceasurile de pe sateliti aceleasi configuratii complexe ca si ceasurile atomice de la PTB?

Ullrich: Functioneaza pe acelasi principiu, dar sunt cu siguranta mai compacte si nu trebuie sa fie atat de precise. Din cauza transmiterii anterioare a semnalului, apar oricum mici abateri. In zilele noastre, puteti cumpara cu usurinta ceasuri atomice pentru multe scopuri. Acestea costa intre cateva sute de euro si aproximativ 100 000 de euro pentru aplicatiile de pe Pamant - pentru aplicatiile prin satelit sunt mai scumpe - si, de obicei, nu necesita intretinere timp de multi ani, datorita tehnologiei sofisticate.