Лучшие современные атомные часы могут похвастаться точностью измерения времени с ошибкой в одну миллиардную долю секунды в месяц. Если это вас впечатляет, то забудьте — ученые из Национального института метрологии в Германии создали оптические часы, которые за все время существования Вселенной не отстали бы (или не убежали вперед) больше чем на две минуты.

Как рассказали ученые, за 25 дней работы в лаборатории часы накопили ошибку всего в 0,2 наносекунды. Таким образом, за 14 миллиардов лет работы — это примерный возраст существования Вселенной — максимальная ошибка часов составила бы около 100 секунд.

В отличие от более современных оптических, атомные часы используют для измерения времени колебания атомов, которые в электромагнитном диапазоне соответствуют микроволновому излучению. Например, официальное определение секунды в международной системе единиц измерения СИ, принятое еще в 1967 году, выглядит так: "9 192 631 770 колебаний атома цезия-133".

Колебания атомов чрезвычайно точны и не зависят от внешних условий — атомные часы одинаково точно работают на Земле, на Луне или в космосе, поэтому их удобно использовать как универсальный измеритель времени.

Однако это далеко не предел точности. Атомы могут совершать и в сотни тысяч раз более быстрые колебания, которые уже соответствуют не микроволновому, а оптическому диапазону электромагнитного излучения. А чем больше колебаний совершает атом в секунду, тем меньше ошибка и тем точнее мы можем эту секунду измерить.

Но использовать такие быстрые колебания атомов в качестве универсальных маятников гораздо труднее. Поэтому из-за своего чрезвычайно сложного устройства оптические часы грешат тем, что могут попросту выходить из строя на неопределенный промежуток времени — простой может длиться как несколько минут, так и несколько дней.

Пока что ученым не удалось создать совершенно стабильные оптические часы (и не очень понятно, удастся ли вообще). Однако немецкие специалисты решили подойти к вопросу с другой стороны и изготовили оптические часы, которые на время своего простоя начинают отсчитывать время "старым" способом — с помощью микроволновых колебаний.

Посчитав точное соотношение микроволновых колебаний к оптическим за определенный промежуток времени, ученым удалось создать часы, точность которых многократно превосходит точность атомных. При этом время простоя оптических часов в устройстве составило около 50% от общего времени работы.

На основе своего достижения немецкие ученые предложили пересмотреть само определение секунды, ведь если у нас есть способ ее более точного измерения, то почему мы должны придерживаться устаревших стандартов? Тем не менее сами ученые признают, что не стоит торопить события. Лучше подождать с десяток лет, пока не станет понятно, какие именно оптические часы могут обеспечить нам наилучшую точность измерения.

Все это выглядит впечатляюще, но зачем это нужно, спросите вы. Ответов масса — к примеру, оптические часы могут существенно улучшить точность систем геолокации вроде GPS или ГЛОНАСС, уменьшив ошибку определения местонахождения с нескольких метров до нескольких сантиметров.

Новая система учета времени позволила бы финансовым сетям использовать более точные временные метки и таким образом обрабатывать больше транзакций за меньшее время. Это бы значительно ускорило работу банков, бирж и платежных систем.

Электрические сети, системы коммуникации, более точные радары, чья важность в эпоху беспилотных устройств сильно возросла, — все эти технологии критически зависимы от точности измерения времени. Ранее мы уже писали о созданных в США миниатюрных оптических часах в виде чипа, которые в будущем могут стать незаменимой частью беспилотных дронов и автомобилей.