Zaman Muhafızı

röportaj yapmak

Joachim Ullrich, Braunschweig'deki Physikalisch-Technische Bundesanstalt'ın Başkanıdır. Burası, dünyanın en hassas saatleri arasında yer alan saatlerin çalıştığı yerdir. Fizikçi bir röportajda bunların nasıl çalıştığını, evrensel zamanın neyle ilgili olduğunu ve ondalık virgülün arkasına bir ila on altı basamak koymanın ne işe yaradığını açıklıyor.

otomasyonda trendler: Profesör Ullrich, Physikalisch-Technische Bundesanstalt, hassas saatleriyle tanınır ve bu şekilde bakıldığında, bir zaman otoritesi. Ama aslında zaman nedir?

Prof.Dr. Joachim H. Ullrich: Bu çok karmaşık bir soru. Biz fizikçiler bunu kendimiz için kolaylaştırırız ve zamanı, örneğin dünyanın dönüşü veya bir sarkaç gibi öngörülebilir, yinelenen süreçleri kullanarak tanımlarız. Bu çok pragmatik tanım, Nobel ödüllü ve PTB küratörü Albert Einstein tarafından zaten verildi. Ondan sonra zaman, saatte okuduğunuz şeydir. Ancak Einstein'dan beri zamanın göreceli olduğunu da biliyoruz, örneğin hareket halindeyken veya bir yerçekimi alanındayken daha yavaş akıyor. İnsanın zaman algısı da görecelidir. Yine özgürce Einstein'a dayanarak: İyi bir kızla birlikte iki dakika çok kısa görünüyor, sıcak bir ocakta iki dakika ise sonsuz uzun gelebilir.
Buna ek olarak, birçok açık soru vardır, örneğin zamanın bir başlangıcı veya sonu olup olmadığı ve insan algısında şimdinin gerçekte ne kadar sürdüğü. Biyolojik saat ve zamanla ilgili kültürel özellikler de bilimde son derece ilginç, güncel konulardır.

Otomasyondaki trendler: Zaman nasıl ölçülebilir?

Ullrich: Örneğin bir sarkaç ile. Sarkaç ne kadar kısa olursa, o kadar hızlı sallanır ve zamanı o kadar doğru ölçebilir. Bir kristalin elektrik voltajıyla titreştirildiği kuvars saatler daha da hassastır. Saniyede 30.000 defadan fazla salınım yapar. Şu anda en doğru saatler, atomların kendi içlerinde titreşmese bile atom saatleridir. Bunun yerine elektromanyetik radyasyon, daha doğrusu mikrodalgalar kullanıyoruz. Bir kuvars kristalinden çok daha hızlı titreşirler, yani saniyede yaklaşık dokuz milyar kez. Mikrodalga radyasyonu ile sezyum atomlarından elektronları uyarıyoruz. Ve bu sadece radyasyonun çok spesifik bir salınım frekansına sahip olması durumunda işe yaradığı için, onu bir saniyenin değerini tanımlamak ve ayrıca onu çok kesin bir şekilde belirlemek için kullanabiliriz.
Elbette doğru ritmi ayarlayıp ayarlamadığımızı ve elektronların gerçekten heyecanlanıp heyecanlanmadığını sürekli kontrol etmeliyiz. Bunu yapmak için önce sezyum atomlarını yatay bir ışın içinde manyetik ve mikrodalga alanlardan geçiririz ve sonra akıllıca yerleştirilmiş bir dedektörle sadece uyarılmış elektronlara sahip atomları sayarız. En hassas iki saatimizde, farklı bir düzenlemeye sahibiz ve sezyum atomlarını bir çeşme gibi dikey olarak mikrodalga alanından yukarı doğru fırlatıyoruz. Sonra düştüklerinde ikinci kez tarladan geçerler. Bu atomik saatler ile ondalık noktanın gerisindeki ikinci ila 16 haneyi kesin olarak belirleyebiliriz.

otomasyondaki trendler: Kol saatleri veya istasyon saatleri kesinlikle bu kadar hassas olmak zorunda değil. Yüksek hassasiyete ne için ihtiyacınız var?

Ullrich: Yanlışlık birikir ve nispeten hızlıdır. Bu nedenle, yalnızca çok hassas saatlerle uzun vadede yüksek düzeyde bir doğruluğu garanti edebiliyoruz. Ayrıca kesin zaman ölçümü özellikle bilimsel konularda rol oynar. PTB'deki ana konularımızdan biri, örneğin, ışık hızını ve Planck'ın eylem kuantumunu içeren sözde ince yapı sabiti gibi doğal sabitlerin gerçekten sabit olup olmadığı sorusudur. Durumun böyle olmadığına dair bazı kanıtlar var. Şüphe doğrulanırsa, bunun geniş kapsamlı sonuçları olacaktır, çünkü birçok yasa ve model doğal sabitlere dayanmaktadır. Bu arada, zaman araştırmacıları kesin ölçümlerin, kesin olduğuna inanılan bazı varsayımları torpido edebileceğini öğrendi, ikincisi hala dünyanın dönüşünün bir kısmı olarak tanımlandığında. O zaman zamanının en hassas kuvars saatleri burada, PTB'de devreye alındı. Araştırmacılar, dünyanın giderek daha yavaş döndüğünü ve özellikle zamanın tanımı için varsayıldığı gibi düzensiz ve her zaman aynı hızda döndüğünü buldular.

otomasyonda trendler: Atom saatleri için pratik uygulamalar var mı?

Ullrich: atomik saatler, örneğin, Amerikan GPS sistemi veya Rus GLONASS için konum uydularında ve ayrıca Avrupa Galileo'nun ilk uyduları için işliyor. Bu sistemler, uydu ve dünya arasındaki sinyal yayılma sürelerini kullanarak konumları belirler ve bu nedenle çok kesin zaman bilgisine ihtiyaç duyar. Jeodezi uzmanları da yakında uzayda saatlerle ölçüm yapmak isteyecekler. Bu, iki uydunun göreceli konumunun yüksek hassasiyetle ölçülmesine ve değişikliklerine dayanarak, dünyanın yerçekimi alanı hakkında sonuçlar çıkarılmasına ve böylece tamamen haritalanmasına olanak tanır. Dünya üzerinde yapılan benzer ölçümler ve hatta daha hassas saatlerle gelecekte farklı kütle dağılımları bile tespit edilebilir ve böylece maden kaynakları izlenebilirdi. Şu anda Leibniz Universität Hannover'deki QUEST mükemmellik kümesindeki birçok araştırmacıyla birlikte bu tür konular üzerinde çalışıyoruz.

otomasyonda trendler: Uydulardaki saatler, PTB'deki atom saatleri ile aynı karmaşık yapıya sahip mi?

Ullrich: Aynı prensipte çalışırlar, ancak kesinlikle biraz daha kompakttırlar ve tam olarak kesin olmaları gerekmez. Önceki sinyal iletimi yine de küçük sapmalara neden oldu. Bu günlerde birçok amaç için kolayca atomik saatler satın alabilirsiniz. Dünyadaki uygulamalar için maliyeti birkaç 100 € ile 100.000 € arasındadır - uydu uygulamaları için önemli ölçüde daha pahalıdırlar - ve gelişmiş teknoloji sayesinde genellikle uzun yıllar bakım gerektirmeden çalışırlar.

İlk elden bilgi: Prof. Dr. Joachim H. Ullrich ile röportaj.

İlk elden bilgi: Prof. Dr. Joachim H. Ullrich ile röportaj.

otomasyonda trendler: Teknolojinin olgun kabul edildiğini söylüyorsunuz. Buradaki PTB'deki gibi bir atom saati yine de başarısız olabilir mi?

Ullrich: Prensip olarak bu elbette mümkün, ancak rezervlerimiz var. Yalnızca PTB'de, dünya saatine katkımız olarak dört ana atom saati işliyor. Ve örneğin, Frankfurt yakınlarındaki Mainflingen'de uzun dalgalı bir verici aracılığıyla gönderilen radyo saatleri için zaman sağlamak için, sahada PTB saatleriyle düzenli olarak karşılaştırılan üç atom saati daha var.

Otomasyondaki trendler: Tüm dünyada saatlerin doğru çalışmasını nasıl sağlıyorsunuz?

Ullrich: Daha önce de belirtildiği gibi, 24 zaman dilimi için geçerli olan ve dünya çapında yaklaşık 400 atom saati tarafından belirlenen dünya saati vardır. Saatler birbirleriyle karşılaştırılarak ortalama bir değer oluşturulur. Daha az doğru saatler, daha doğru saatlerden daha az ağırlıklıdır. Son olarak, bu değerin PTB'deki atom saatlerimizi de içeren dünyadaki en iyi saatlere karşılık gelip gelmediği kontrol edilir. Bu şekilde belirlenen değerler, 1875 yılından bu yana Fransa, Paris yakınlarındaki Sevr'de bulunan Meter Convention'ın uluslararası bürosu BIPM tarafından dünya saati olarak yayınlanmaktadır. Bu şu anda ayda bir oluyor. Tüm atomik saatlerin bir irtifa ile ilişkili olması da önemlidir, çünkü Einstein'a göre zaman da yerçekimi alanına bağlıdır.

otomasyondaki trendler: Mevcut zaman tanımının geçerli olma olasılığı ne kadardır?

Ullrich: Elbette birkaç yıl daha var, ancak yeni nesil saatler şimdiden ortaya çıktı. Bu sözde optik saatler, muhtemelen günümüzün en iyi atomik saatlerinden en az yüz kat daha doğru olacaktır. Benzer bir prensipte çalışırlar. Ancak burada elektronları uyardığımız radyasyon, 100.000 kat daha yüksek bir salınım frekansına sahiptir ve görünür aralıktadır. Bu nedenle, optik saatler mikrodalga radyasyonu kullanmak yerine yüksek hassasiyetli lazerlerden gelen ışıkla çalışır.
PTB'de, her ikisi de atomik saatlerimizden yaklaşık on kat daha hassas olan iki farklı optik saatimiz var. Ancak önümüzdeki birkaç yıl içinde, önce dünyadaki farklı optik saatleri karşılaştırmamız ve hepsinin aynı şekilde çalışıp çalışmadığını ve hangi belirsizlikle çalıştığını gözlemlememiz gerekecek. En azından bir saniyenin tanımını yeni teknik olanaklara uyarlamak bu kadar sürer.

otomasyonda trendler: Bu tür yeni gelişmelerde uluslararası ortaklarla işbirliği nasıl bir rol oynuyor?

Ullrich: Biz metrologlar, 1875'te imzalanan sayaç sözleşmesinin imzalanmasından bu yana uluslararası olarak çok yakın ve yapıcı bir şekilde birlikte çalışıyoruz, ki bunu çok hoş buluyorum. Ama tabii rekabet de var. Günün sonunda herkes en iyi saati ister. Bunda oldukça başarılıyız. Çeşme atom saatlerimiz dünyanın en hassas saatleri arasındadır. Ve optik saatler alanında, şu anda ABD'deki ortak enstitümüz olan Ulusal Standart ve Teknoloji Enstitüsü veya kısaca NIST ile dostane bir kafa kafaya yarış içindeyiz.

Otomasyondaki trendler: konuyu çok yoğun bir şekilde işliyorsunuz. Bu aynı zamanda zamanla olan kişisel ilişkinizi de etkiliyor mu?

Ullrich: Zamanı son derece değerli bir varlık olarak görüyorum. Bu yüzden en iyi şekilde yararlanmaya çalışıyorum. Örneğin, mümkünse bloklar halinde yoğun konsantrasyon gerektiren farklı görevler üzerinde çalışıyorum ve sonra kesintiye uğramaktan hoşlanmıyorum çünkü tekrar tekrar başlamanız gerektiğinde işi son derece verimsiz hale getiriyor. Bu nedenle, genellikle sabahın erken saatlerinde veya hafta sonları bu tür çalışma aşamalarında kendimi cep telefonlarından ve internetten nispeten bağımsız hale getiriyorum.
En zor kısım, çalışma zamanını aile zamanıyla dengelemektir. Bu muhtemelen işimi yapmaktan çok zevk almamdan ve çoğu zaman onu iş olarak görmememden de kaynaklanıyor. Sonra zaten zamanı unutuyorum.

Profesör Doktor. Joachim Ullrich

Joachim Ullrich, 2012'den beri Almanya'nın ulusal metroloji enstitüsü Braunschweig'deki Physikalisch-Technische Bundesanstalt'ın Başkanıdır. Bundan önce, Heidelberg'deki Max Planck Nükleer Fizik Enstitüsü'nün direktörlüğünü yaptı ve burada “Deneysel Çok Parçacıklı Kuantum Dinamiği” bölümüne başkanlık etti. O sadece uluslararası alanda PTB Başkanı olarak tanınmakla kalmıyor, aynı zamanda kuantum fiziği ve örneğin Hamburg'daki DESY'de veya ABD, Stanford'daki SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı'nda serbest elektron lazerleri üzerinde deneyler için bir uzman olarak da tanınmaktadır. Çalışmaları için Alman Araştırma Vakfı Gottfried Wilhelm Leibniz Ödülü ve Philipp Morris Araştırma Ödülü de dahil olmak üzere birçok ödül aldı.

www.ptb.de

  1. Bu makale, otomasyon 2.2013'deki Festo müşteri dergisi trendlerinde yayınlandı
  2. Resimler: Bira vagonunun fotoğraf tasarımı

Eylül 2013

Genel bakış