Từ thời cổ đại đến nay, “thời gian” có quan hệ mật thiết đến sự phát triển của một quốc gia. Vậy tầm quan trọng của việc cải thiện độ chính xác của công cụ “đong đếm” thời gian là gì? Hãy cùng FUTURE HOUSE đi tìm câu trả lời qua các thông tin dưới đây, bạn nhé~!
Xem thêm: Lịch sử phát triển của các công cụ “đong đếm” thời gian
Trong cuộc sống hàng ngày, thời gian 1 giây là rất ngắn và thời gian chính xác đến một giây là đủ rồi. Chẳng hạn như đi làm, đi học, đi ngủ hay chơi trò chơi giới hạn 1s rất là ngắn ngủi. Việc sớm hay chậm 1s không quan trọng. Nhưng trong một số sự kiện quan trọng, thời gian cần phải chính xác đến một phần trăm giây. Chẳng hạn như trong cuộc chạy đua giữa các vận động viên? Khoảng cách chênh lệch giữa người thắng và kẻ thua có thể là 0,01s chứ không phải 1s. Trong các phương tiện giao thông, như ô tô và máy bay. Để thay đổi tần số của động cơ, phép đo thời gian chính xác đến 0,01 giây.
Độ chính xác của thời gian trong 1s.
Đối với các hoạt động nghiên cứu khoa học, với sự cải thiện độ chính xác đo thời gian và tần số, mọi người có thể khám phá các quy luật tự nhiên và thúc đẩy tiến trình nghiên cứu khoa học cơ bản. Chẳng hạn như đo hằng số Rydberg, đo độ ổn định của hằng số cấu trúc mịn, đo hệ số Lande. Hoặc đo tỷ lệ điện tích trên khối lượng, đo độ lệch đỏ hấp dẫn, phát hiện sóng hấp dẫn. Độ chính xác phụ thuộc trực tiếp vào độ chính xác của thời gian và tần số. Các phép đo và nghiên cứu này là phương pháp quan trọng để kiểm tra các lý thuyết cơ bản của vật lý (thuyết tương đối, điện động lực học lượng tử, lý thuyết trường hấp dẫn,…..).
Ví dụ, bằng cách đo các hằng số cấu trúc mịn theo thời gian để kiểm tra tính tương đối tổng quát. Độ chính xác của phép đo tần số tốt hơn 10-17. Sự tồn tại của sóng hấp dẫn bằng nhiễu laser đòi hỏi độ chính xác đo tần số tốt hơn 10-18. Ngoài ra, độ chính xác đo của các đại lượng vật lý khác bằng cách chuyển đổi các phép đo đại lượng vật lý khác thành phép đo tần số thời gian. Định nghĩa hoặc chuyển đổi đo lường của các đơn vị số lượng vật lý. Chẳng hạn như dòng điện, điện áp, cường độ sáng và nhiệt độ đã được hoàn thành.
Đối với các hoạt động quốc gia, lấy điều hướng vệ tinh làm ví dụ.
Để cải thiện độ chính xác của GPS, cần phải thống nhất thời gian của “đồng hồ”. Tuy nhiên, ngay cả khi đồng hồ nguyên tử có độ chính xác 30.000 năm và một giây lỗi. Do hiệu ứng tương đối tính, nó sẽ có chênh lệch múi giờ với đồng hồ mặt đất. Cuối cùng sẽ ảnh hưởng đến hiệu ứng định vị GPS. Theo lý thuyết tương đối đặc biệt, do vệ tinh nhân tạo đang di chuyển. Thời gian nhìn từ mặt đất quá chậm. Do tốc độ bay chậm của vệ tinh nhân tạo so với tốc độ ánh sáng, có một lỗi nhỏ. Đồng hồ được trang bị vệ tinh nhân tạo sẽ chậm hơn 7 micron so với đồng hồ mặt đất mỗi ngày.
Ngoài ra, theo thuyết tương đối rộng, trọng lực càng mạnh, thời gian trôi càng chậm. Tốc độ của trạm vũ trụ càng nhanh, nghĩa là trọng lực bên trong của trạm vũ trụ càng lớn, thời gian càng chậm. Ngược lại, từ một nơi có lực hấp dẫn mạnh đến một nơi có lực hấp dẫn yếu. Dường như thời gian sẽ nhanh hơn.
Do đó, từ bề mặt trái đất, đồng hồ mang trên vệ tinh nhân tạo bị Trái đất thu hút yếu đi. Lỗi ở đây là 46 micro giây mỗi ngày.
Trừ đi độ trễ thời gian của vệ tinh nhân tạo gây ra bởi hiệu ứng tương đối đặc biệt 7 micro giây và đồng hồ vệ tinh là 39 micro giây mỗi ngày. Sự chênh lệch thời gian này có ảnh hưởng rất lớn đến GPS. Lỗi về khoảng cách bằng sai số thời gian nhân với tốc độ ánh sáng. Chênh lệch thời gian chỉ 39 micro giây gây ra lỗi 12 km trong định vị GPS. Điều này khiến GPS không thể áp dụng và không thể đóng vai trò điều hướng. Tuy nhiên, có thể sửa lỗi này theo lý thuyết tương đối đặc biệt và thuyết tương đối rộng. Như vậy, vệ tinh và đồng hồ treo tường ở mặt đất phù hợp, do đó bạn có thể tự tin sử dụng GPS.
