211service.com
Waar is de beste klok in het heelal?
Pulsars zijn roterende neutronensterren die zeer periodieke uitbarstingen van radiogolven produceren. Pulsarsignalen zijn zo nauwkeurig dat toen ze werden ontdekt, astronomen serieus geloof hechtten aan het idee dat ze het bewijs waren van intelligent leven elders in het heelal, omdat ze ongeëvenaard waren door alles wat natuurkundigen op aarde konden maken. Dit heeft geleid tot de wijdverbreide overtuiging dat pulsars de meest nauwkeurige klokken in het heelal zijn.
40 jaar later moeten astronomen nog uitzoeken hoe pulsars zulke nauwkeurige signalen genereren. Maar aan de andere kant hebben natuurkundigen hard gewerkt om hun eigen manieren te vinden om de prestaties van pulsars te verbeteren.
Tegenwoordig vragen John Hartnett en Andre Luiten van de University of Western Australia zich af of aan de aarde gebonden uurwerken hun astrofysische rivalen hebben toegeëigend als de beste klokken in het heelal.
Op het eerste gezicht is het antwoord vrij duidelijk voor iedereen die de verbazingwekkende vooruitgang in de kwantumoptica in de afgelopen jaren heeft gevolgd.
Volgens Hartnett en Luiten is de nauwkeurigheid en stabiliteit van aardse klokken in elk decennium gemiddeld meer dan een orde van grootte verbeterd in de afgelopen 60 jaar. Tegenwoordig hebben de beste optische roosterneutrale atoomklokken en ingesloten ionenklokken een frequentiestabiliteit die een deel op 10 ^ 17 benadert.
Daarentegen, naarmate er meer pulsars zijn ontdekt, is hun timingstabiliteit de afgelopen 20 jaar met minder dan een orde van grootte verbeterd. De beste milliseconde pulsars hebben op zijn best een stabiliteit van slechts één deel op 10^15.
Dat betekent dat aardse klokken met recht tot de beste klokken in het heelal gekroond kunnen worden, zeggen Hartnett en Luiten.
Dat is indrukwekkend, maar er is nog een ander probleem dat moet worden overwogen voordat natuurkundigen in laboratoria voor kwantumoptica champagnekurken kunnen laten knallen. Dit is de kwestie van stabiliteit op lange termijn.
Het is allemaal prima om een klok te bouwen die een paar maanden of jaren beter kan dan pulsars, maar probeer het voor een aanzienlijk langere periode, zeg maar eeuwen of millennia, en een hele reeks andere problemen steken de kop op. De makers van de Klok van het Lange Nu hebben deze kwestie al bestudeerd. Ze hebben gevraagd hoe je in zo'n periode een stabiele stroomvoorziening kunt garanderen? Hoe sla je reserveonderdelen op of zorg je ervoor dat de kennis om een reparatie uit te voeren overleeft? Kun je zelfs vertrouwen op het voortbestaan van de mensheid in deze perioden?
De antwoorden op deze vragen suggereren dat het erg moeilijk zal zijn om een polshorloge te laten lopen, laat staan een ingesloten ionenklok over deze tijdschaal te laten lopen. En toch zullen pulsars over duizenden jaren nog steeds hun normale hartslag produceren.
Aardgebonden klokken kunnen misschien beter presteren dan pulsars op menselijke tijdschalen, maar om het over aanzienlijk langere tijdschalen te doen, is een andere uitdaging. Aardse klokken hebben de kroon misschien voorlopig gestolen. Het zal veel moeilijker zijn om het te behouden.
Referentie: arxiv.org/abs/1004.0115 : Een vergelijking van astrofysische en terrestrische frequentiestandaarden: wat zijn de beste klokken?