Dalla navigazione satellitare al NTP time server, gli orologi atomici sono usati in tutto il mondo.

Siamo tutti abituati ai nostri orologi e orologi che funzionano un minuto o due veloci o lenti. Tuttavia, il minuto dispari non influisce troppo sulle nostre vite e possiamo cavarcela. Tuttavia, per alcune tecnologie e applicazioni è necessario un livello molto maggiore di accuratezza. Gli orologi atomici sono i dispositivi per il mantenimento del tempo più precisi al mondo. Furono inventati più di cinquanta anni fa quando si scoprì che le oscillazioni di certi atomi a particolari livelli di energia non si alteravano mai e vibravano ad una frequenza così alta (oltre 9 trilioni di volte al secondo per il cesio).

Moderni orologi atomici sono così precisi che non perderanno nemmeno un secondo in 100 milioni di anni ma chi sulla terra avrebbe bisogno di tale precisione? Gli orologi atomici forniscono la base per molte moderne applicazioni e tecnologie e hanno anche contribuito alla nostra comprensione dell'universo fisico.

Gli orologi atomici costituiscono la base del sistema di navigazione satellitare GPS che utilizziamo nelle nostre auto. I segnali dagli orologi atomici a bordo dei satelliti sono ciò che viene utilizzato per triangolare il posizionamento preciso. Può essere fatto solo a causa della natura estremamente precisa dei segnali orari. Una seconda imprecisione di a Orologio GPS potrebbe vedere l'informazione di posare fuori da 100,000 km poiché la luce può viaggiare così lontano in quel momento.

Gli orologi atomici sono stati usati anche come metodo per testare le teorie di Einstein e di altri. Usando gli orologi atomici possiamo misurare con precisione la gravità e il modo in cui influisce sul tempo. Gli orologi moderni sono così precisi che gli scienziati possono persino misurare la differenza di gravità (e quindi di tempo) ad ogni pollice successivo sopra la superficie terrestre. Possono anche essere usati per misurare processi lenti come la deriva dei continenti o i lievi cambiamenti della rotazione terrestre.

Altre applicazioni in cui la precisione è essenziale si basano anche su orologi atomici come il controllo del traffico aereo, dove la natura precisa consente il monitoraggio sicuro del traffico aereo. I sistemi di traffico stradale come i semafori sono sempre di più usando i server del tempo collegato a orologi atomici per garantire una sinconizzazione perfetta. Persino internet Internet fa affidamento su orologi atomici, in particolare quando viene utilizzato per transazioni temporali come operazioni bancarie, negoziazione di azioni e azioni e persino prenotazioni di posti online. Senza accuratezza nel tempo, applicazioni come questa non sarebbero possibili, così come potrebbero verificarsi errori come i posti prenotati in doppia, le azioni vendute prima di essere acquistate.

Reti di computer sincronizzare con gli orologi atomici utilizzando server di tempo di rete. Spesso questi dispositivi usano il protocollo NTP e ricevere l'ora dell'orologio atomico dal sistema GPS o da una trasmissione radio. I server di tempo NTP monitorano e regolano tutti i clock sui dispositivi su una rete di computer in modo che corrispondano al tempo dell'orologio atomico.

Il server orario NTP è un pezzo di attrezzatura molto frainteso. Sono dispositivi piuttosto semplici, nel senso che vengono utilizzati ai fini della sincronizzazione dell'ora, ricevendo una fonte esterna del tempo che viene quindi distribuita attraverso una rete di computer utilizzando NTP (Network Time Protocol).

Tuttavia, con una miriade di server di tempo "liberi" disponibili su Internet, molti amministratori di rete prendono la decisione che i server di tempo NTP non sono pezzi di equipaggiamento necessari e che la loro rete può farne a meno. Tuttavia, ci sono un numero enorme di insidie ​​nel fare affidamento su Internet come riferimento temporale; Microsoft e il laboratorio di fisica USA NIST (National Institute of Standards and Time) lo consiglio vivamente time server NTP esterni piuttosto che i provider di Internet.

Ecco cosa microsoft dice:
"Si consiglia vivamente di configurare l'autorevole Time Server per raccogliere il tempo da una fonte hardware. Quando si configura il Time Server autorevole per sincronizzare con un'origine ora Internet, non c'è autenticazione. "

L'autenticazione è una misura di sicurezza implementata da NTP per garantire che il segnale temporale inviato provenga da dove afferma di provenire. In altre parole l'autenticazione è la prima linea di difesa nella protezione contro gli utenti malintenzionati. Ci sono anche altri problemi di sicurezza con l'uso di internet come sorgente del tempo, poiché qualsiasi comunicazione con una sorgente di tempo internet richiederà la porta TCP / IP per essere lasciata aperta nel firewall, che potrebbe essere manipolata anche da utenti malintenzionati.

Anche il NIST riconosce il importanza del time server NTP i sistemi di prevenzione e rilevamento delle minacce alla sicurezza nella Guida alla gestione dei registri di sicurezza del computer suggeriscono:
"Le organizzazioni dovrebbero utilizzare tecnologie di sincronizzazione dell'ora come i server NTP (Network Time Protocol) ogni volta che è possibile per mantenere gli orologi delle fonti log coerenti tra loro".

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.

Misurare il passare del tempo è stata una preoccupazione per gli umani sin dagli albori della civiltà. A grandi linee, misurare il tempo richiede l'utilizzo di una qualche forma di ciclo ripetitivo per calcolare quanto tempo è passato. Tradizionalmente questo ciclo ripetitivo si è basato sul movimento dei cieli, come un giorno che è una rivoluzione della Terra, un mese essendo un'intera orbita della Terra sulla Luna e un anno è l'orbita terrestre del sole.

Con il progredire della nostra tecnologia siamo stati in grado di misurare il tempo in incrementi sempre più piccoli da meridiane che ci hanno permesso di contare le ore, gli orologi meccanici che ci permettono di monitorare i minuti, gli orologi elettronici che consentono per la prima volta di registrare con precisione i secondi all'attuale età degli orologi atomici in cui il tempo può essere misurato al nanosecondo.

Con il progresso in cronologia che ha portato a tecnologie come Orologi NTP, time server, orologi atomici, satelliti GPS e moderne comunicazioni globali, arriva con un altro enigma: quando inizia un giorno e quando finisce.

La maggior parte delle persone crede che un giorno sia 24 ore e che funzioni da mezzanotte a mezzanotte. Tuttavia, gli orologi atomici ci hanno rivelato che un giorno non è 24 ore e infatti la lunghezza di un giorno varia (e in realtà aumenta gradualmente nel tempo).

Dopo che gli orologi atomici furono sviluppati, vi fu una chiamata da parte di molti settori a elaborare una scala temporale globale. Uno che usa l'ultra natura precisa degli orologi atomici per misurare il suo passaggio ma anche quello che tiene conto della rotazione della Terra. Non riuscire a spiegare la natura variabile di una giornata significa che qualsiasi scala temporale statica alla fine andrebbe alla deriva con il giorno che lentamente scivolava nella notte.

Per compensare questo, la scala cronologica globale del mondo, chiamata UTC (coordinated universal time), ha aggiunto secondi aggiuntivi (secondi intercalati) per garantire che non vi sia alcuna deriva. L'ora UTC è mantenuta fedele da una costellazione di orologi atomici c ed è utilizzata dal moderno tecnologie come il time server NTP che garantisce che tutte le reti di computer funzionino esattamente nello stesso preciso momento.

In seguito al successo dei ricercatori danesi che lavorano in collaborazione con NIST (National Institute for Standards and Time), che ha presentato l'orologio atomico più preciso al mondo all'inizio di quest'anno; Scienziato tedesco è entrato nella corsa per costruire il segnatempo più preciso del mondo.

Ricercatori del Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) in Germania stanno usando nuovi metodi di spettroscopia per studiare sistemi atomici e molecolari e sperare di sviluppare un orologio basato su un singolo atomo di alluminio.

ponte orologi atomici utilizzato per la navigazione satellitare (GPS), come riferimento per la rete di computer NTP server e il controllo del traffico aereo è stato tradizionalmente basato sul cesio atomico. Tuttavia, la prossima generazione di orologi atomici, come quella svelata dal NIST, che si ritiene sia accurata in un secondo ogni 300 milione di anni, usa gli atomi di altri materiali come lo stronzio che gli scienziati affermano essere potenzialmente più accurati del cesio .

I ricercatori di PTB hanno scelto di utilizzare singoli atomi di alluminio e credono di essere sulla strada per sviluppare l'orologio più accurato di sempre e ritengono che ci sia un enorme potenziale per un tale dispositivo che ci aiuti a comprendere alcuni degli aspetti più complicati della fisica.

L'attuale coltura di orologi atomici consente di utilizzare tecnologie come la navigazione satellitare, il controllo del traffico aereo e la sincronizzazione temporale della rete NTP server ma si ritiene che l'aumento della precisione della prossima generazione di orologi atomici potrebbe essere usato per rivelare alcune delle qualità più enigmatiche della scienza quantistica come la teoria delle stringhe.

I ricercatori affermano che i nuovi orologi forniranno tale precisione che saranno persino in grado di misurare le minuscole differenze di gravità entro ogni centimetro sopra il livello del mare.

Raccontare il tempo può sembrare un affare semplice in questi giorni con il numero di dispositivi che visualizzano il tempo per noi e con l'incredibile precisione di dispositivi come orologi atomici e Network Time Server è abbastanza facile vedere come la cronologia è stata data per scontata.

La precisione al nanosecondo che alimenta tecnologie come il sistema GPS, il controllo del traffico aereo e Server NTP I sistemi (Network Time Protocol) sono lontani dai primi pezzi che sono stati inventati e alimentati dal movimento del sole attraverso i cieli.

I quadranti solari erano davvero i primi veri orologi, ma ovviamente avevano i loro lati negativi - come non lavorare di notte o in condizioni di tempo nuvoloso, tuttavia, essere in grado di dire l'ora in modo abbastanza accurato era un'innovazione completa per la civiltà e aiutato per società più strutturate.

Tuttavia, fare affidamento sui corpi celesti per tenere traccia del tempo, come abbiamo fatto per migliaia di anni, non si dimostrerebbe una base affidabile per misurare il tempo, come è stato scoperto dall'invenzione del orologio atomico.

Prima degli orologi atomici, gli orologi elettronici offrivano il più alto livello di precisione. Questi sono stati inventati alla fine del secolo scorso e mentre erano molte volte più affidabili degli orologi meccanici erano ancora alla deriva e avrebbero perso un secondo o due ogni settimana.

Gli orologi elettronici funzionavano usando le oscillazioni (vibrazioni sotto energia) di cristalli come il quarzo, tuttavia, gli orologi atomici usano la risonanza di singoli atomi come il cesio che è un così alto numero di vibrazioni al secondo che rende incredibilmente accurato (moderni orologi atomici non andare alla deriva nemmeno di un secondo ogni 100 milioni di anni).

Una volta scoperto questo tipo di accuratezza nel dire il tempo, è apparso evidente che la nostra tradizione di usare la rotazione della terra come mezzo per raccontare il tempo non era precisa come questi orologi atomici. Grazie alla loro accuratezza fu presto scoperto che la rotazione della Terra non era precisa e rallentava e accelerava (di quantità minuscole) ogni giorno. Per compensare questo, la scala cronologica globale UTC (Coordinated Universal Time) ha aggiunto secondi aggiuntivi ad esso una o due volte l'anno (Leap seconds).

Gli orologi atomici forniscono la base dell'UTC che viene utilizzata da migliaia di NTP server sincronizzare le reti di computer in.

Cronologia - lo studio del tempo - ha fornito alla scienza e alla tecnologia alcune incredibili innovazioni e possibilità. A partire dal orologi atomici, NTP server e il sistema GPS, cronologia vera e accurata ha cambiato la forma del mondo.

Il tempo e il modo in cui viene contato è stata una preoccupazione dell'umanità sin dalle prime civiltà. I primi cronologi hanno trascorso il loro tempo a cercare di stabilire calendari, ma questo risulta essere più complicato di quanto immaginato in primo luogo perché la Terra impiega un quarto di giorno in più rispetto ai giorni 365 per orbitare attorno al sole.

Stabilire il giusto numero di giorni bisestili è stata una delle prime sfide e ci sono voluti diversi tentativi di calendario fino a quando il calendario gregoriano moderno non è stato adottato dal mondo.

Quando si è trattato di monitorare il tempo a un livello inferiore, sono stati fatti grandi progressi Galileo Galilei chi avrebbe costruito il primo orologio a pendolo se solo la sua morte non avesse interrotto i suoi piani. I pendoli furono finalmente inventati da Christiaan Huygens e ha fornito il primo vero spunto di monitoraggio accurato del tempo durante il giorno.

I prossimi passi nella cronologia non potevano aver luogo se non dopo aver avuto una migliore comprensione del tempo stesso. Newton (Sir Isaac) aveva le prime idee e aveva il concetto di tempo assoluto "e fluiva" equamente "per tutti gli osservatori. Questa sarebbe stata un'idea ovvia per Newton visto che molti di noi considerano il tempo immutabile, ma lo è stato Einstein nella sua teoria della relatività speciale ha proposto che in effetti il ​​tempo non era una costante e sarebbe diverso da tutti gli osservatori.

Sono state le idee di Einstein a dimostrarsi corrette e il suo modello di tempo e spazio ha aperto la strada a molte delle moderne tecnologie che oggi diamo per scontate, come l'orologio atomico.

Tuttavia, la cronologia non si ferma qui, i cronometristi sono costantemente alla ricerca di modi per aumentare la precisione con i moderni orologi atomici, così precisi da non perdere un secondo in milioni di anni.

Ci sono anche altre figure degne di nota nel mondo moderno della cronologia. Professore David Mills dall'università del Delaware ha ideato un protocollo in 1980 per sincronizzare le reti di computer.

Il suo Network Time Protocol (NTP) è ora utilizzato in sistemi di computer e reti in tutto il mondo tramite NTP time server. UN Server NTP assicura che i computer su lati opposti del globo possano funzionare esattamente allo stesso tempo.

È uno dei marchi di terra più iconici del mondo. In piedi con orgoglio sulle Camere del Parlamento, il Big Ben celebra il suo compleanno 150th. Eppure, nonostante vivesse in un'epoca di orologi atomici e NTP time server, è uno degli orologi più usati al mondo con centinaia di migliaia di londinesi che si affidano ai suoi rintocchi per impostare i loro orologi.

Il Big Ben è in realtà il nome della campana principale all'interno dell'orologio che crea i rintocchi ogni quarto d'ora, ma la campana non ha iniziato a suonare quando è stato costruito l'orologio. L'orologio ha iniziato a tenere il tempo su 31 May 1859, mentre la campana non ha colpito per la prima volta fino a luglio 11.

Alcuni sostengono che la campana da dodici tonnellate abbia preso il nome Sir Benjamin Hall il capo commissario di Works che ha lavorato al progetto dell'orologio (e si dice che sia un uomo di grande circonferenza). Altri sostengono che la campana sia stata intitolata al pugile dei pesi massimi Ben Caunt che ha combattuto sotto il soprannome Big Ben.

Il meccanismo dell'orologio da cinque tonnellate funziona come un orologio da polso gigante e viene ferito tre volte a settimana. La sua accuratezza se sintonizzata aggiungendo o rimuovendo vecchi penny sul pendolo che è abbastanza lontano dall'accuratezza dei moderni orologi atomici e Server NTP i sistemi generano con precisione vicina al nanosecondo.

Mentre il Big Ben riceve la fiducia di decine di migliaia di londinesi per fornire un tempo preciso, il moderno orologio atomico viene utilizzato da milioni di noi ogni giorno senza rendersene conto. Gli orologi atomici sono la base per i sistemi di navigazione satellitare GPS che abbiamo nelle nostre macchine, inoltre tengono sincronizzati Internet tramite NTP time server (Network Time Protocol).

Qualsiasi rete di computer può essere sincronizzata con un orologio atomico utilizzando un dedicato Server NTP. Questi dispositivi ricevono il tempo da un orologio atomico, tramite il sistema GPS o trasmissioni radio specializzate.

Armi nucleari, computer, GPS, orologi atomici e datazione al carbonio - c'è molto più per gli atomi di quanto pensi.

Dall'inizio del XX secolo l'umanità è stata ossessionata dagli atomi e dalle minuzie del nostro universo. Gran parte della prima parte del secolo scorso, l'umanità divenne ossessionata dall'imbrigliare il potere nascosto dell'atomo, rivelato a noi dall'opera di Albert Einstein e finalizzato da Robert Oppenheimer.

Tuttavia, c'è stata molto di più nella nostra esplorazione dell'atomo oltre alle sole armi. Lo studio degli atomi (meccanica quantistica) è stato alla base della maggior parte delle nostre moderne tecnologie come computer e Internet. È anche in prima linea nella cronologia: la misurazione del tempo.

L'atomo svolge un ruolo chiave sia nel cronometraggio che nella previsione del tempo. L'orologio atomico, che viene utilizzato in tutto il mondo tramite reti di computer NTP server e altri sistemi tecnici come il controllo del traffico aereo e la navigazione satellitare.

Gli orologi atomici lavorare monitorando le oscillazioni ad altissima frequenza dei singoli atomi (tradizionalmente cesio) che non cambiano mai in particolari stati energetici. Dato che gli atomi di cesio risuonano su un 9 miliardi di volte al secondo e non alterano mai la sua frequenza, ciò lo rende molto preciso (perdendo meno di un secondo ogni 100 milioni di anni)

Ma gli atomi possono anche essere utilizzati per calcolare non solo il tempo preciso e preciso, ma possono anche essere utilizzati per stabilire l'età degli oggetti. La datazione al carbonio è il nome dato a questo metodo che misura il decadimento naturale degli atomi di carbonio. Tutti noi siamo fatti principalmente di carbonio e, come gli altri elementi, i "decadimenti" del carbonio nel tempo in cui gli atomi perdono energia emettendo particelle ionizzanti e radiazioni.

In alcuni atomi come l'uranio ciò avviene molto rapidamente, tuttavia altri atomi come il ferro sono altamente stabili e si deteriorano molto, molto lentamente. Il carbonio, mentre si decompone più velocemente del ferro, è ancora lento a perdere energia, ma la perdita di energia è esatta nel tempo, quindi analizzando gli atomi di carbonio e misurandone la forza può essere accertato con precisione quando il carbonio si è formato originariamente.

A seguire recenti resoconti dei media sulla mancanza di investimenti nel sistema di navigazione satellitare globale degli Stati Uniti - GPS (Global Positioning System) e il potenziale fallimento dei ricevitori di navigazione negli ultimi anni, gli specialisti della sincronizzazione temporale, Galleon Systems, vorrebbero garantire a tutti i loro clienti che qualsiasi guasto del GPS la rete non influenzerà la corrente Time server NTP GPS.

I recenti resoconti dei media a seguito di uno studio dell'ufficio di responsabilità del governo degli Stati Uniti (GAO), che ha concluso la cattiva gestione e la mancanza di investimenti, hanno fatto sì che l'attuale numero di satelliti operativi 31 possa scendere al di sotto di 24 a volte in 2011 e 2012 che ne ostacolerebbe l'accuratezza.

Tuttavia, la Laboratorio di fisica nazionale del Regno Unito sono fiduciosi che eventuali problemi potenziali delle strutture di navigazione GPS non influenzeranno le informazioni di temporizzazione utilizzate da GPS server NTP.

Un portavoce del National Physical Laboratory del Regno Unito ha confermato che le informazioni sulla tempistica non dovrebbero essere influenzate da eventuali futuri guasti del satellite.

"Si stima che vi sia un rischio 20% che in 2011-2012 il numero di satelliti nella costellazione GPS potrebbe scendere sotto 24 a volte.

"Se ciò dovesse accadere, ci potrebbe essere una leggera riduzione dell'accuratezza della posizione dei ricevitori GPS in alcuni periodi, e in particolare potrebbero richiedere più tempo per acquisire una soluzione in alcuni luoghi quando sono stati accesi per la prima volta. Tuttavia, anche in questo caso l'effetto sarebbe un peggioramento delle prestazioni, piuttosto che una totale incapacità di operare.

"È improbabile che un ricevitore di temporizzazione GPS sia influenzato in modo significativo poiché, una volta determinata la sua posizione all'accensione, ogni satellite che osserva fornisce informazioni utili sul tempo. Una piccola riduzione del numero di satelliti in vista non dovrebbe peggiorare molto le sue prestazioni. "