Gli orologi atomici sono il massimo in termini di dispositivi di cronometraggio. La loro accuratezza è incredibile in quanto un orologio atomico non andrà alla deriva di neanche un secondo nell'arco di un milione di anni, e quando questo viene confrontato con i successivi migliori cronometri, come un orologio elettronico che può andare alla deriva di un secondo in una settimana, un orologio atomico è incredibilmente più preciso.

Gli orologi atomici sono usati in tutto il mondo e sono il cuore di molte tecnologie moderne che rendono possibile una moltitudine di applicazioni che diamo per scontate. Il trading su Internet, la navigazione satellitare, il controllo del traffico aereo e le operazioni bancarie internazionali sono tutte industrie su cui si basa molto

Governano anche la scala cronologica del mondo, UTC (Coordinated Universal Time), che è mantenuta fedele da una costellazione di questi orologi (anche se l'UTC deve essere adattato per contenere il rallentamento della rotazione della Terra aggiungendo secondi bisestili).

Spesso le reti di computer devono essere sincronizzate con l'UTC. Questa sincronizzazione è di vitale importanza nelle reti che conducono transazioni sensibili al fattore tempo o richiedono elevati livelli di sicurezza.

Una rete di computer senza sincronizzazione temporale adeguata può causare numerosi problemi, tra cui:

Perdita di dati

• Difficoltà nell'identificazione e nella registrazione degli errori
• Aumento del rischio di violazioni della sicurezza.
• Impossibile eseguire transazioni sensibili al tempo

Per questi motivi, molte reti di computer devono essere sincronizzate con una sorgente di UTC e mantenute il più accurate possibile. E anche se gli orologi atomici sono grandi dispositivi ingombranti tenuti nei confini dei laboratori di fisica, utilizzarli come fonte di tempo è incredibilmente semplice.

Network Time Protocol (NTP) è un protocollo software progettato esclusivamente per la sincronizzazione di reti e sistemi informatici e utilizzando a server NTP dedicato il tempo da un orologio atomico può essere ricevuto dal server del tempo e distribuito sulla rete usando NTP.

NTP server uso le frequenze radio e più comunemente i segnali dei satelliti GPS per ricevere i segnali di temporizzazione dell'orologio atomico che vengono poi diffusi attraverso la rete con NTP regolando regolarmente ciascun dispositivo per garantire che sia il più preciso possibile.

Quando hai contato il capodanno per segnare l'inizio dell'anno successivo hai iniziato da 10 o 11? La maggior parte dei festaioli avrebbe fatto il conto alla rovescia da dieci, ma quest'anno sarebbero stati prematuri perché c'era un secondo in più aggiunto l'anno scorso - il secondo bisestile.

I secondi di salto vengono normalmente inseriti una o due volte l'anno (normalmente a Capodanno e a giugno) per garantire la scala temporale globale UTC (Coordinated Universal Time) coincide con il giorno astronomico.

I secondi di salto sono stati utilizzati da quando UTC è stato implementato per la prima volta e sono il risultato diretto della nostra accuratezza nel cronometraggio. Il problema è che moderno orologi atomici sono dispositivi di indicazione del tempo molto più precisi rispetto alla terra stessa. È stato notato quando gli orologi atomici sono stati sviluppati per la prima volta che la lunghezza di un giorno, una volta pensata per essere esattamente 24 ore, variava.

Le variazioni sono causate dalla rotazione terrestre che è influenzata dalla gravità della luna e dalle forze di marea della Terra, che rallentano minutamente la rotazione terrestre.

Questo rallentamento rotazionale, mentre è solo minuscolo, se non viene controllato, il giorno dell'UTC andrebbe presto alla deriva nella notte astronomica (anche se in diverse migliaia di anni).

La decisione sulla necessità di un secondo bisestile è il mandato del servizio internazionale di rotazione della terra (IERS), tuttavia, i secondi di salto non sono popolari con tutti e possono causare potenziali problemi quando vengono introdotti.

UTC è usato da NTP time server (Network Time Protocol) come riferimento temporale per sincronizzare reti di computer e altre tecnologie e l'interruzione di secondi Leap può causare non è considerata la seccatura.

Tuttavia, altri, come gli astronomi, sostengono che non riuscire a mantenere l'UTC in linea con il giorno astronomico renderebbe quasi impossibile lo studio dei cieli.

L'ultimo secondo inserito prima di questo era in 2005, ma ci sono stati un totale di 23 secondi aggiunti a UTC da 1972.

Non importa dove siamo nel mondo, tutti noi abbiamo bisogno di conoscere l'ora ad un certo punto della giornata, ma mentre ogni giorno dura per lo stesso tempo, non importa dove ti trovi sulla Terra, la stessa scala temporale non viene usata globalmente.

L'impraticabilità degli australiani che devono svegliarsi a 17.00 o quelli negli Stati Uniti che devono iniziare a lavorare su 14.00 escluderebbero di citare in giudizio una singola scala temporale, sebbene l'idea sia stata discussa quando il Greenwich è stato nominato il primo meridiano ufficiale (dove la linea di trasmissione è ufficialmente) per il mondo alcuni 125 anni fa.

Mentre l'idea di una scala cronologica globale è stata respinta per le ragioni sopra esposte, è stato successivamente deciso che le linee longitudinali 24 avrebbero diviso il mondo in diversi fusi orari. Questi provengono dal GMT in giro con quelli sul lato opposto del pianeta che sono + 12 ore.

Tuttavia, grazie alla crescita delle comunicazioni globali di 1970, è stata finalmente adottata una scala cronologica universale che è ancora oggi molto utile nonostante molte persone non ne abbiano mai sentito parlare.

UTC, Coordinated Universal Time, è basato sul GMT (Greenwich Meantime) ma è mantenuto da una costellazione di orologi atomici. Conta anche per le variazioni della rotazione terrestre con secondi aggiuntivi noti come "secondi bisestili" aggiunti una volta due volte l'anno per contrastare il rallentamento della rotazione terrestre causata da forze gravitazionali e di marea.

Mentre la maggior parte delle persone non ha mai sentito parlare di UTC o la usa direttamente sulla sua vita in innegabile con reti di computer tutte sincronizzate con UTC tramite NTP time server (Network Time Protocol).

Senza questa sincronizzazione a una singola scala temporale molte delle tecnologie e applicazioni che oggi diamo per scontate sarebbero impossibili. Tutto, dal trading globale su azioni e condivisioni, allo shopping su Internet, alla posta elettronica e ai social network, è reso possibile solo grazie a UTC e NTP time server.

Il segnale DCF 77 è una trasmissione a onde lunghe trasmessa da 77 KHz da Francoforte in Germania. DCF -77 è trasmesso da Physikalisch-Technische Bundesanstalt, il laboratorio nazionale tedesco di fisica.

DCF-77 è un'origine precisa dell'ora UTC ed è generata da orologi atomici che ne assicurano la precisione. DCF-77 è un'utile fonte di tempo che può essere adottata in tutta Europa con tecnologie che richiedono un riferimento temporale preciso.

Orologi radiocontrollati e Network Time Server ricevere il segnale orario e nel caso di time server distribuire questo segnale orario attraverso una rete di computer. La maggior parte della rete di computer utilizza NTP per distribuire il segnale orario DCF 77.

Ci sono vantaggi nell'utilizzare un segnale come DCF per la sincronizzazione dell'ora. DCF è un'onda lunga ed è quindi suscettibile alle interferenze di altri dispositivi elettrici, ma può penetrare negli edifici che danno al segnale DCF un vantaggio rispetto a quell'altra fonte di tempo UTC generalmente disponibile - GPS (Global Positioning System) - che richiede una visione aperta del cielo per ricevere trasmissioni satellitari.

Altri segnali radio a onde lunghe sono disponibili in altri paesi simili a DCF-77. Nel Regno Unito il segnale MSF -60 viene trasmesso da NPL (National Physical Laboratory) dalla Cumbria mentre negli Stati Uniti, il NIST (National Institute of Standards and Time) trasmette il segnale WVBB da Boulder, in Colorado.

NTP time server sono un metodo efficiente per ricevere queste trasmissioni a onda lunga e quindi utilizzare il time code come sorgente di sincronizzazione. NTP server può ricevere DCF, MSF e WVBB e molti di loro sono anche in grado di ricevere il segnale GPS.

Fin dai primi giorni della rivoluzione industriale, quando le linee ferroviarie e il telegrafo si estendevano attraverso i fusi orari, divenne chiaro che era necessario un lasso di tempo globale che consentisse di usare lo stesso tempo, indipendentemente da dove ti trovassi nel mondo.

Il primo tentativo in un tempo globale è stato GMT - Nel frattempo a Greenwich. Questo era basato sul meridiano di Greenwich dove il sole è direttamente sopra a 12 a mezzogiorno. Il GMT è stato scelto, principalmente per l'influenza dell'impero britannico sul resto del mondo.

Altri tempi erano stati sviluppati come British Railway Time, ma GMT era la prima volta che un sistema di tempo veramente globale veniva usato in tutto il mondo.

Il GMT rimase come la scala temporale globale nella prima metà del XX secolo, sebbene la gente iniziò a fare riferimento a UT (Universal Time).

Tuttavia, quando gli orologi atomici furono sviluppati nella metà del XX secolo, divenne presto chiaro che GMT non era abbastanza accurato. Per rappresentare questi nuovi cronometri accurati, era auspicabile una scala temporale globale basata sul tempo indicato dagli orologi atomici.

L'International Atomic Time (TAI) fu sviluppato per questo scopo ma presto divennero evidenti problemi nell'uso di orologi atomici.

Si pensava che la rivoluzione della Terra sul suo asse fosse esattamente una 24 ore. Ma grazie agli orologi atomici è stato scoperto che lo spin della Terra varia e dal momento che gli 1970 hanno rallentato. Questo rallentamento della rotazione terrestre doveva essere tenuto in conto altrimenti le discrepanze potrebbero accumularsi e la notte andrebbe lentamente alla deriva nel giorno (anche se in molti millenni).

Coordinated Universal Time è stato sviluppato per contrastare questo. Basato su TAI e GMT, UTC consente il rallentamento della rotazione della Terra aggiungendo secondi bisestili ogni anno o due (e talvolta due volte l'anno).

UTC è ora un vero calendario globale ed è adottato da nazioni e tecnologie in tutto il mondo. Le reti di computer sono sincronizzate con UTC tramite Network Time Server e usano il protocollo NTP per garantire la precisione.

Gli orologi atomici sono una meraviglia rispetto ad altre forme di cronometristi. Ci vorrebbe più di 100,000 anni per un orologio atomico per perdere un secondo di tempo, il che è sconcertante soprattutto quando lo si confronta con orologi digitali e meccanici che possono andare alla deriva così tanto in un giorno.

Ma orologi atomici non sono strumenti pratici da avere in giro per l'ufficio o casa. Sono ingombranti, costosi e richiedono condizioni di laboratorio per funzionare in modo efficace. Ma fare uso di un orologio atomico è abbastanza semplice, specialmente come i guardiani del tempo atomici NIST (Istituto nazionale degli standard e del tempo) e NPL (National Physical Laboratory) ha trasmesso il tempo raccontato dai loro orologi atomici sulla radio a onde corte.

Il NIST trasmette il suo segnale, noto come WWVB da Boulder, in Colorado, ed è trasmesso su una frequenza estremamente bassa (60,000 Hz). Le onde radio provenienti dalla stazione WWVB possono coprire tutti gli Stati Uniti continentali oltre a gran parte del Canada e dell'America centrale.

Il segnale NPL viene trasmesso in Cumbria nel Regno Unito e viene trasmesso lungo frequenze simili. Questo segnale, noto come MSF, è disponibile in gran parte del Regno Unito e sistemi simili sono disponibili in altri paesi come Germania, Giappone e Svizzera.

Gli orologi atomici radiocontrollati ricevono questi segnali a onda lunga e si correggono in base a qualsiasi deriva rilevata dall'orologio. Le reti di computer sfruttano anche questi segnali di orologi atomici e utilizzano il protocollo NTP (Network Time Protocol) e dedicato NTP time server sincronizzare centinaia e migliaia di computer diversi.

Uno dei più del mondo orologi atomici precisi deve essere lanciato in orbita e collegato alla Stazione Spaziale Internazionale (ISS) grazie ad un accordo firmato dall'agenzia spaziale francese.

L'orologio atomico PHARAO (Projet d'Horloge Atomique par Refroidissement d'Atomes en Orbite) è attaccato all'ISS nel tentativo di testare in modo più accurato la teoria di Einstein relativamente all'aumento dell'accuratezza del tempo universale coordinato (UTC) tra altri esperimenti di geodesia.

PHARAO è un orologio atomico al cesio di nuova generazione con una precisione che corrisponde a meno di un secondo di deriva ogni anno 300,000. PHARAO sarà lanciato dall'Agenzia spaziale europea (ESA) in 2013.

Gli orologi atomici sono i dispositivi di cronometraggio più precisi a disposizione dell'umanità, ma sono suscettibili di cambiamenti nell'attrazione gravitazionale, come previsto dalla teoria di Einstein, poiché il tempo stesso viene bloccato dall'attrazione della Terra. Posizionando questo accurato orologio atomico in orbita, l'effetto della gravità terrestre viene ridotto, consentendo a PHARAO di essere più preciso dell'orologio terrestre.

Mentre orologi atomici non sono nuovi in ​​orbita, come molti satelliti; anche la rete GPS (Global Positioning System) contiene orologi atomici, tuttavia, PHARAO sarà uno degli orologi più precisi mai lanciati nello spazio, consentendone l'utilizzo per analisi molto più dettagliate.

Gli orologi atomici sono in circolazione dagli 1960, ma il loro crescente sviluppo ha spianato la strada a tecnologie sempre più avanzate. Gli orologi atomici costituiscono la base di molte moderne tecnologie dalla navigazione satellitare per consentire alle reti di computer di comunicare efficacemente in tutto il mondo.

Reti di computer ricevere segnali orari da orologi atomici via NTP time server (Network Time Protocol) che può sincronizzare accuratamente una rete di computer in pochi millisecondi di UTC.

Nonostante sia in circolazione da oltre vent'anni, l'attuale protocollo di tempo preferito dalla maggior parte delle reti, l'NTP (Network Time Protocol) ha una certa concorrenza.

Attualmente l'NTP è usato per sincronizzare le reti di computer usando Network Time Server (NTP server). Attualmente NTP può sincronizzare una rete di computer in pochi millisecondi.

Il protocollo Precision Time Protocol (PTP) o IEEE 1588 è stato sviluppato per sistemi locali che richiedono un'accuratezza molto elevata (livello nano-secondo). Attualmente questo tipo di accuratezza va oltre le capacità di NTP.

PTP richiede una relazione relazionale master e slave nella rete. È necessario un processo in due passaggi per sincronizzare i dispositivi utilizzando IEEE 1588 (PTP). Innanzitutto, è necessario determinare quale dispositivo è il master, quindi vengono misurati gli scostamenti e i ritardi della rete naturale. PTP utilizza l'algoritmo Best Clock Clock (BMC) per stabilire quale orologio sulla rete è il più preciso e diventa il master mentre tutti gli altri clock diventano slave e si sincronizzano con questo master.

IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) descrive IEEE 1588 o (PTP) come progettato per "riempire una nicchia non ben servita da uno dei due protocolli dominanti, NTP e GPS. IEEE 1588 è progettato per sistemi locali che richiedono un'accuratezza molto elevata oltre a quelli raggiungibili tramite NTP. È inoltre progettato per applicazioni che non possono sostenere il costo di un ricevitore GPS su ciascun nodo o per i quali i segnali GPS sono inaccessibili. "(Citato in wikipedia)

PTP può fornire precisione a pochi nano secondi, ma questo tipo di accuratezza non è richiesto dalla maggior parte degli utenti di rete, tuttavia, l'utilizzo di PTP come target è la banda larga mobile e altre tecnologie mobili come il PTP supporta le informazioni sull'ora, utilizzate da funzioni di segnalazione degli accordi di livello di servizio e di fatturazione nelle reti mobili.

Da orologi da polso a orologi atomici e time server NTP, la comprensione del tempo è diventata cruciale per molte tecnologie moderne come la navigazione satellitare e le comunicazioni globali.

Dalla dilatazione del tempo agli effetti della gravità sul tempo, il tempo ha molte sfaccettature strane e meravigliose che gli scienziati stanno solo iniziando a capire e utilizzare. Ecco alcuni fatti interessanti, strani e insoliti sul tempo:

• Il tempo non è separato dallo spazio, il tempo compone ciò che Einstein chiamava il tempo spaziale a quattro dimensioni. Il tempo spaziale può essere deformato dalla gravità, il che significa che il tempo rallenta e maggiore è l'influenza gravitazionale. Grazie a orologi atomici, il tempo sulla terra può essere misurato ad ogni pollice successivo sopra la superficie terrestre. Ciò significa che tutti i piedi del corpo sono più giovani della loro testa, mentre il tempo scorre più lentamente a terra.

• Anche il tempo è influenzato dalla velocità. L'unica costante nell'universo è la velocità della luce (nel vuoto) che è sempre la stessa. A causa delle famose teorie della relatività di Einstein, chiunque viaggiava vicino alla velocità della luce, un viaggio verso un osservatore che avrebbe richiesto migliaia di anni sarebbe passato in pochi secondi. Questo è chiamato dilatazione del tempo.

• Non c'è nulla nella fisica contemporanea che vieti i viaggi nel tempo sia in avanti che indietro nel tempo.

• Ci sono 86400 secondi in un giorno, 600,000 in una settimana, più di 2.6 milioni in un mese e più di 31 milioni in un anno. Se vivi per essere 70 anni allora avrai vissuto oltre 5.5 miliardi di secondi.

• Un nanosecondo è un miliardesimo di secondo o approssimativamente il tempo impiegato dalla luce per viaggiare sul piedino 1 (30 cm).

• Un giorno non dura mai 24 ore. La rotazione della Terra sta accelerando gradualmente, il che significa che la scala cronologica globale UTC (tempo universale coordinato) deve avere i secondi bisestili aggiunti una o due volte l'anno. Questi secondi bisestili vengono automaticamente considerati in qualsiasi sincronizzazione dell'orologio che utilizza NTP (Network Time Protocol) come a time server NTP dedicato.

sincronizzazione oraria è cruciale per molte delle applicazioni che facciamo su internet in questi giorni; Internet banking, prenotazione online e persino aste online richiedono tutti la sincronizzazione dell'ora della rete.

Non riuscendo a garantire che i loro server siano adeguatamente sincronizzati significherebbe che molte di queste applicazioni sarebbero impossibili da raggiungere; le prenotazioni dei posti potrebbero essere vendute più di una volta, le offerte più basse potrebbero vincere le aste su Internet e sarebbe possibile ritirare i risparmi di una vita due volte dalla banca se non avessero una sincronizzazione adeguata (non va bene per la banca).

Anche le reti di computer che a prima vista non si basano su transazioni time sensitive devono anche essere adeguatamente sincronizzate in quanto potrebbe essere quasi impossibile rintracciare gli errori o proteggere il sistema da attacchi malevoli se i timestamp su differiscono su vari computer sulla rete .

Molte organizzazioni scelgono di usare server di orari internet come fonte di UTC (Coordinated Universal Time) - l'orologio atomico ha controllato la scala cronologica globale. Sebbene ci siano molti problemi di sicurezza nel farlo, come lasciare un buco nel firewall per comunicare con il server orario e non avere alcuna autenticazione per il protocollo di sincronizzazione dell'ora NTP (Network Time Protocol).

Tuttavia, affermando che molti amministratori di rete continuano a optare per l'utilizzo di time server in linea come sorgente UTC indipendentemente dalle implicazioni sulla sicurezza, anche se ci sono altri problemi di cui gli amministratori dovrebbero essere consapevoli. Su internet ci sono due tipi di server del tempo: lo strato 1 e lo strato 2. I server Stratum 1 ricevono un segnale orario diretto da un orologio atomico mentre i server 2 stratum ricevono un segnale orario da un server 1 di strato. La maggior parte dei server 1 di Internet è chiusa - non disponibile per la maggior parte degli amministratori e ci può essere una certa mancanza di accuratezza nell'uso di un server 2 di strato.

Per informazioni più precise, sicure e precise time server NTP esterni sono l'opzione migliore in quanto sono dispositivi 1 stratum in grado di sincronizzare centinaia di macchine su una rete alla stessa ora UTC.