Китайские ученые создали часы, которые могут переписать определение секунды

Прорыв в метрологии: на горизонте пересмотр эталона времени

Привычная нам секунда, которая кажется константой, может оказаться под угрозой пересмотра. Причина кроется в революционном достижении китайских исследователей, которые разработали оптические решетчатые часы на основе стронция, демонстрирующие беспрецедентную точность. Эта разработка способна радикально изменить современные стандарты измерения времени.

Ученые из Китайского университета науки и технологий (USTC) представили хронометр, погрешность которого настолько мала, что устройство будет отставать или спешить менее чем на одну секунду за колоссальные 30 миллиардов лет. Этот срок вдвое превышает оценочный возраст всей Вселенной, который на данный момент составляет около 13,8 миллиарда лет. Результаты этого фундаментального исследования были опубликованы в авторитетном международном метрологическом журнале Metrologia.

Принцип работы: от цезия к свету

В настоящее время официальное определение секунды в Международной системе единиц (СИ) основано на колебаниях атома цезия-133, принятом еще в 1967 году. Стандарт подразумевает 9 192 631 770 периодов излучения, соответствующих переходу между двумя энергетическими уровнями этого атома. Однако новые китайские часы работают на совершенно ином, более высоком принципе.

Оптические часы измеряют время, используя частоту света, излучаемого электронами атомов стронция при их переходе между разными энергетическими уровнями. Частота колебаний в видимом диапазоне достигает 700 триллионов раз в секунду. Это позволяет фиксировать временные интервалы с детализацией до 19 знаков после запятой, что значительно превосходит возможности цезиевых аналогов. В ходе испытаний исследователям удалось достичь уровня неопределенности измерений порядка $10^{-19}$.

Потенциальные последствия и перспективы пересмотра стандарта

Такая невероятная точность, достигнутая в лабораториях Китая, выводит страну в число мировых лидеров в области создания оптических эталонов времени. Хотя разработка звучит как чистая научная экзотика, она имеет прямое отношение к критически важным современным технологиям. Именно на базе таких сверхточных приборов функционируют системы спутниковой навигации (например, GPS), высокоскоростные телекоммуникационные сети и сложные прецизионные измерения, без которых невозможно представить современную инфраструктуру.

Профессор Дай Ханнинг, один из ключевых участников проекта, подчеркнул, что это открытие прокладывает путь к созданию более компактных и даже спутниковых версий оптических часов. Более того, достигнутый уровень стабильности удовлетворяет критериям, необходимым для потенциального пересмотра международного определения секунды.

Для изменения официального стандарта требуется подтверждение стабильности и сопоставимой точности как минимум от трех независимых исследовательских центров, использующих аналогичные механизмы измерения.

Хотя вопрос о редефиниции единиц времени обсуждается на Генеральной конференции по мерам и весам, ближайшее заседание которой, как ожидается, состоится в октябре 2026 года, специалисты полагают, что сам процесс перехода на новые эталоны может затянуться до 2030 года или дольше.

Научные горизонты: далеко за пределами времени

Функционал этих ультраточных приборов выходит далеко за рамки простого хронометража. Они становятся мощнейшими инструментами для проверки фундаментальных законов физики и проведения исследований, ранее считавшихся невозможными. Например, такие часы могут использоваться для:

• Тестирования Общей теории относительности: Фиксируя минимальные расхождения в ходе часов, расположенных на разной высоте (например, на вершине горы и у подножия), можно точнее измерять влияние гравитации.
• Поиска темной материи и гравитационных волн: Устройства способны регистрировать микроскопические колебания физических констант.
• Прикладной геодезии: Часы могут обеспечивать привязку к гравитационному потенциалу с точностью до миллиметра. Это критически важно для мониторинга деформации земной коры, отслеживания изменений уровня подземных вод и вулканической активности.

Пока мировая научная общественность, включая метрологические институты, например, в Европе и США, продолжает свои параллельные исследования, разработка из КНР показывает, что будущее измерения времени уже наступило. Если в ближайшие годы другие лаборатории подтвердят схожие показатели, то секунда, которая служила человечеству веками, преобразится, став еще более точным и фундаментальным понятием.