Marcel Chroust
18. 07. 2025 13:46
Zdroj: Vygenerováno pomocí AI
Atomové hodiny jsou skutečnými mistry v měření času. Jejich přesnost je tak ohromující, že si jí v běžném životě ani nevšimneme, a přesto na nich závisí fungování moderního světa, od GPS navigace až po bezpečné bankovní transakce.
Od tikání atomů k laserové preciznosti
Základem atomových hodin je využití přirozených a neměnných vlastností atomů, konkrétně periodické změny energie jejich elektronů. Tradičním etalonem je izotop césia, jehož záření na přesně dané frekvenci definuje délku jedné sekundy. Představte si to jako neuvěřitelně rychlé a stabilní kyvadlo, které se za jedinou sekundu zhoupne více než devětmiliardkrát.
Věda však pokročila a na scénu přicházejí takzvané optické atomové hodiny. Místo mikrovln u césia měří čas pomocí světla – laserů –, které kmitá na mnohem vyšších frekvencích. Díky tomu jsou násobně přesnější. Je to jako vyměnit pravítko s milimetrovými ryskami za takové, které má dílky tisíckrát menší.
Srdce atomových hodin: Kvantový tanec a lasery
Zatímco klasické césiové hodiny určují sekundu podle 9 192 631 770 kmitů mikrovlnného záření, moderní optické hodiny jdou ještě dál. Využívají atomy hliníku, stroncia nebo ytterbia, které „tikají“ až stotisíckrát rychleji. Díky této extrémní frekvenci dosahují nejlepší optické hodiny přesnosti na 19 desetinných míst, což je stonásobné zlepšení oproti césiovým předchůdcům.
Příkladem špičkové technologie jsou nejnovější iontové hodiny z americké laboratoře NIST. Vědci v nich pracují s „plachým“ iontem hliníku, jehož stav je obtížné měřit přímo. Proto využívají metodu zvanou kvantová logická spektroskopie. Při extrémně nízkých teplotách použijí snadněji čitelný atom hořčíku, který je s hliníkem kvantově provázán. Informace o stavu hliníku se tak elegantně „přenese“ na hořčík, kde ji lze přesně analyzovat pomocí laserů. Právě tento trik jim umožnil dosáhnout světového rekordu v přesnosti.
Od GPS po novou definici sekundy: Kde všude hodiny slouží
Proč vlastně potřebujeme tak neuvěřitelně přesný čas? Nejpřímější dopad má na satelitní navigační systémy jako GPS. Časová chyba v řádu pouhých nanosekund (miliardtin sekundy) by znamenala odchylku vaší polohy o desítky metrů. Přesný čas je ale klíčový i pro synchronizaci telekomunikačních sítí, finanční transakce nebo základní vědecký výzkum.
Nejnovější optické hodiny jsou dokonce tak dobré, že se stanou základem pro budoucí redefinici sekundy. Než se tak stane, musí projít náročným mezinárodním porovnáváním a schvalovacími procesy.
Budoucnost je menší, chytřejší a všudypřítomná
Trh s atomovými hodinami rychle roste, a to i díky umělé inteligenci, která pomáhá s jejich automatickou kalibrací a zvyšuje jejich stabilitu. Současně probíhá miniaturizace, která otevírá dveře pro jejich širší využití v komerčních zařízeních, a dokonce i pro stavbu přenosných modelů. Vývoj směřuje k menším, dostupnějším a „chytřejším“ hodinám, které nebudou sloužit jen vědě a kosmonautice, ale stanou se součástí běžné civilní infrastruktury.
Na hranicích poznání a v základech naší společnosti
S rostoucí přesností měření času se nám otevírají nové možnosti pro testování základních fyzikálních zákonů, jako je Einsteinova teorie relativity, nebo pro pátrání po hypotetických změnách přírodních konstant. Atomové hodiny tak nejen posouvají hranice lidského poznání, ale zároveň tvoří neviditelný, avšak naprosto zásadní pilíř naší moderní společnosti – od bezpečného bankovnictví přes globální navigaci až po stabilní elektrické sítě.
Zdroj: Futurezone, PopSci, NIST, Precedence Research, Phys.org
