SERIÁL

5) Hodiny

Velmi přesné hodiny na bázi několika tisíc hluboce podchlazených a uspořádaných  atomů stroncia
Předchozí díl
Následující díl

Stroj na výrobu času.

Na hodiny se díváme často a nejčastěji jako na stroj, který měří čas. Ale podívejme se na ně tentokrát jinak: jako na stroj, který čas vyrábí. Díky hodinám máme pravidelný čas, stejný jako všichni ostatní, kdo mají stejně přesné a stejně nastavené hodiny. Díky hodinám se pravidelný lineární čas stal běžnou součástí našeho života. Bez hodin by nebyla možná organizace práce v továrnách ani obchod v globálním měřítku. A globální kapitalismus vyžaduje stále vyšší míru synchronizace.  

Petr Šourek se vydal tam, kde se přesný čas vyrábí – za atomovými hodinami do ústavu Akademie věd. Hovořil také s konstruktérem ještě přesnějších a v současnosti nejpřesnějších, optických atomových hodin Ekkehardem Peikem ze Spolkového fyzikálnětechnického ústavu v Braunsweigu. Celý rozhovor si poslechněte v audiu, zde je v přepis jeho části.

A jak ty vaše ytterbiové hodiny vypadají? Jsou velké?

Jsou docela velké. Zatím je to laboratorní prototyp. V zásadě se jedná o velký optický stůl s plochou dva až tři metry čtvereční. Na něm stojí různé lasery, vakuum s iontovou pastí, ve které je zásoba ytterbia. Vedle nich si představte různé optické prvky – zrcadla a čočky, které směřují laserové paprsky na ytterbium; k tomu elektronika. Dohromady zabere tento systém stále ještě několik metrů krychlových.

Dá se ale počítat s tím, že v budoucnu budou i tyto hodiny menší, ne?

Zcela jistě. Tohle je skutečně prototyp. Teprve je vyvíjíme a testujeme. Až se odladí, určitě se zmenší. Dokonce už teď zkoušíme, které díly by se daly jednoduše přenášet. Časem budou i ytterbiové hodiny velké třeba jako lednice, která se dá převézt autem nebo – což bude nepochybně zajímavé – vynést se satelitem na oběžnou dráhu Země.

Stejně jako rubidiové hodiny, které se dnes používají na orbitu…

Přesně tak, dneska máme na satelitech rubidiové nebo cesiové hodiny. S optickými hodinami, jako jsou ty naše ytterbiové, to pravděpodobně nebude tak jednoduché – jsou přece jen konstrukčně náročnější. Rubidiové hodiny se dnes dají strčit do krabice od bot. U těch ytterbiových budeme cílit zhruba na velikost lednice.

Atomová sekunda je dneska už padesát let stará. Bazální jednotka času byla jako první založena na přírodní konstantě. Vědci o přírodní konstanty postupně opírají všechny ostatní jednotky. Ale jak konstantní jsou vlastně přírodní konstanty?

To je velká a velmi složitá otázka.

My samozřejmě vycházíme z toho… nebo celá fyzika stojí na tom, že tyto konstanty jsou skutečně konstantní a universální.

Proto se jim také říká konstanty a myslí se tím hodnoty dané přírodou, které se nemění. Všechny dosavadní experimenty jejich neměnnost také potvrzují.

Postulát neměnnosti těchto hodnot leží jako princip hluboko v základech fyziky. Kdyby konstanty konstantní nebyly, naše fyzikální zákony by se musely přeformulovat, narušily by se jisté symetrie, například takový zákon o zachování energie by pak neplatil.

Proto působí úvahy o proměnlivosti konstant trochu podivně a exoticky, ale je to velmi důležitá otázka, protože pokud se spoléháme na neměnnost konstant, měli bychom si ji experimentálně ověřovat.

A kromě toho fyzici formulují nové modely, ve kterých se konstanty nejeví vždy jako stoprocentně konstantní.

Abychom si to uměli jednoduše představit: víme například, že náš vesmír prochází určitým vývojem. Na začátku byl velký třesk, prostor se začal rozpínat, vnikly hvězdy… Ve světle toho vývoje se pak se můžeme právem ptát, jestli jsou neměnné konstanty vůbec slučitelné s vývojem našeho vesmíru, Nemění se ani trochu?

To je důležitá otázka a srovnáním velmi přesných atomových hodin v dlouhém čase se dá neměnnost konstant experimentálně ověřovat. Můžeme mezi sebou porovnávat hodiny založené na různých atomech. Když budou stále v taktu, jako byly včera, bude to nepřímo potvrzovat neměnnost konstant. Pokud se ale frekvence v čase přece jen změní spolu s tím, jak se změní konstanta za ní, může se to projevit rozbíháním různých atomových hodin.  

Hovoří: Alexander Kuna z Ústavu fotoniky a elektroniky AV ČR a konstruktér ytterbiových hodin Ekkehard Peik ze Spolkového fyzikálnětechnického ústavu v Braunsweigu
Hrají: Dan Šváb, Eva Čechová, Dan Dittrich a Petr Gojda
Mistr Zvuku: Libor Ščerba
Autor, scénář a režie: Petr Šourek