قبل از همه لازمه برا یادآوری کمی در مورد استاندارد زمان(مقیاس اندازه گیری یکای زمان) توضیح بدم .
اندازه گیری زمان دو جنبه دارد .یکی برای کارهای روزمره ودیگری برای مقاصد علمی .ما میخواهیم وقت را بدانیم تا ترتیب زمانی رویدادها را مشخص کنیم .در بیشتر کارهای علمی می خواهیم بدانیم که یک رویداد چه مدت طول میکشد .



هر پدیده تکرار شونده را می توان به عنوان معیار زمان به کار برد .در اینصورت اندازه گیری زمان همان شمارش تعداد دفعات تکرار است .برای این کار میتوان از یک آونگ در حال نوسان، یک دستگاه جرم وفنر، یا یک بلور کوارتز استفاده کرد .

از میان پدیده های تکراری بیشمار طبیعت زمان گردش زمین به دور محورش که برابر یک شبانه روز است از قرنها پیش به عنوان استاندارد زمان به کار رفته است .هنوز هم در کارهای روز مره مبنای استاندارد زمان یک ثانیه است که به صورت 86400/1 برابر شبانه روز تعریف میشود .زمانی که بر اساس چرخش زمین تعریف میشود به زمان جهانی معروف است .

زمان جهانی باید با مشاهدات نجومی که چندین هفته طول میکشد اندازه گیری شود .بنابراین ما به یک ساعت زمینی خوب که با مشاهدات نجومی تنظیم شده باشد نیاز داریم . ساعتهای بلور کوارتز که بر اساس تداوم ارتعاشات بلور کوارتز به طریق الکتریکی کار میکنند استاندارد ثانوی خوبی برای سنجش زمان به شمار میروند .خطای بهترین نوع این ساعت ها 02/0 ثانیه در سال بوده است .



رایجترین مورد استفاده ی استاندارد زمان اندازه گیری بسامد است .در گسترۀ امواج رادیویی سنجش بسامد با ساعت کوارتز الکترونیکی که دقت آن دست کم یک در 10^10 است انجام میشود و ما بیشتر اوقات به چنین دقتی نیاز داریم .اما این دقت تقریبا 100 برابر بیشتر ازدقتی است که با آن می توان خود ساعت کوارتز را به کمک مشاهدات نجومی تنظیم کرد .

در مواردی که استاندارد بهتری برای سنجش زمان ضرورت دارد از ساعت اتمی استفاده میشود .

نوعی ساعت اتمی که بر اساس بسامد مشخصه ایزوتوپ سزیوم، Cs 133 ، کار میکند(همونطور که میدونید بسامد تعداد دور بر زمان هست) از سال 1955 به بعد در آزمایشگاه ملی استانداردهای ملی فیزیک در انگلستان به طور پیوسته مشغول به کار است .(البته باید بگم طول این ساعت حدود 3 ، 4 متر وعرض یکی دو متر است ) .



در سال 1967 در سیزدهمین مجمع عمومی اوزان و مقیاسها ثانیه ای که بر اساس ساعت سزیوم تعریف شده بود ،به عنوان استاندارد بین المللی پذیرفته پذیرفته شد این ثانیه به صورت 9192631770 برابر دوره تناوب



گذار خاصی از ، Cs 133 ، تعریف شد .خوب همونطور که میبینید این شیوه اندازه گیری و این تعریف از ثانیه چقدر اندازه گیری زمان های کوچک رو تسهیل میکنه .با انتخاب این استاندارد دقت اندازه گیری های زمان به یک در ده به توان 12 (12^10)افزایش یافت ، که در حدود 3^10 بار بیشتر از دقت مربوط به روشهای نجومی است .اگر دو ساعت سزیومی با این دقت کار کنند و هیچ عامل خطای دیگری وجود نداشته باشد ، این دو ساعت بعد از گذشت 6000 سال بیش از یک ثانیه با هم اختلاف نخواهند داشت .



در حال حاضر ساعت های اتمی بهتری نیز در دست مطالعه قرار دارند .

به موارد زیر که اخیرا انجام شده اند توجه کنید :

روشهای جدید برای اندازه گیری دقیق زمان

كسانی كه فكر می كنند «نانو» نمادی از كوچك ترین هاست باید در عقاید خود تجدیدنظر كنند. نانوی هر كمیتی یك میلیاردم همان كمیت است. اما اخیراً دو موضوع جدید پژوهشی به اندازه گیری كمیت ها در حد آتو (یك میلیاردم نانو) اختصاص یافته است.فرانس كراوس (F.Krausz) از دانشگاه فناوری وین و همكارانش به اندازه گیری زمان در حد آتوثانیه روی آوردند. این پژوهشگران اخیراً مقاله ای در مجله نیچر (Nature) به چاپ رسانده اند و در آن به تشریح نحوه اندازه گیری كوتاه ترین فاصله زمانی ثبت شده كه فقط ۱۰۰ آتوثانیه است، پرداختند.در عین حال، هارولد كرایگهید (H.Craighead) و همكارانش در دانشگاه كورنل واقع در آن سوی اقیانوس اطلس مجموعه ای از ترازوها را ابداع كردند كه نسبت به كسری از یك نانو ثانیه نیز حساس است. نتیجه فعالیت این پژوهشگران در شماره آینده نشریه اپلاید فیزیكس (Applied Physics) منتشر می شود. دستاوردهای دكتر كراوس محصول فرعی بررسی های او در مورد اربیتال های الكترونی موجود در اطراف هسته های اتمی است.تئوری های كوانتومی پیشگویی های دقیقی در مورد انرژی این اربیتال های اتمی انجام می دهد و دكتر كراوس سرگرم بازنگری در مورد صحت این پیشگویی ها است و در نتیجه این پژوهش ها مشخص شد كه پیشگویی ها صحت دارد.وی برای اندازه گیری انرژی این اربیتال ها از دو پالس نورلیزر متوالی كه طول عمر هر كدام ۲۵۰ آتوثانیه بود، استفاده كرد. اولین پالس نور كه به اربیتال ها برخورد كرد، باعث شد كه الكترون ها از اربیتال جدا شود. پالس دوم نور این الكترون های جدا شده را متفرق ساخت.پدیده تفرق باعث شد كه اندازه حركت الكترون های تفرق یافته تغییر كند كه این تغییر در اندازه حركت به اربیتال الكترونی اولیه مربوط می شود. اندازه حركت (momentum) به صورت حاصلضرب جرم در سرعت تعریف می شود، اما از آنجایی كه تمام الكترون ها جرم برابر دارند، اندازه گیری سرعت حركت الكترون ها كفایت می كند.هر چند فقط اندازه گیری سرعت الكترون ها برای محاسبه انرژی كافی است، اما همین اندازه گیری سرعت نیز بسیار دشوار است. وی برای انجام این اندازه گیری ها زمان رسیدن الكترون های مختلف را با استفاده از ابزاری كه آشكارساز صفحه ای چند كاناله (multi channel plate detector ) نامیده می شود، استفاده كرد. برای اجتناب از ثبت دو الكترون به جای یكی، لازم بود كه با دقت هر چه تمام تر الكترون ها جدا از یكدیگر آشكارسازی شوند. در این مورد به خصوص «با دقت هر چه تمام تر» به معنی اندازه گیری در مقیاس ۱۰۰ آتوثانیه است و این گفته به آن معنی اصل عدم قطعیت هایزنبرگ محدودیت های فراوانی ایجاد می كند (اصل عدم قطعیت هایزنبرگ می گوید دقت در اندازه گیری زمان توسط دقت اندازه گیری انرژی محدود می شود.)ووی می تواند با اندازه گیری دقیق پالس های تفوق یافته به هدف خود یعنی اندازه گیری زمان در محدوده اصل عدم قطعیت دست یابد.دكتر كریكهید و همكارانش اهداف عینی تری در سر داشتند كه البته انجام آن نیز بسیار دشوار است: تشخیص ویروس ها با توزین آنها. انواع مختلف ویروس ها وزن های متفاوتی دارند، اما وزن یك نوع ویژه از ویروس ها با هم برابر است.دكتر كریكهید ترازو های دقیق خود را از بلور های سیلیسیم ساخته است. آنان با استفاده از پرتو های الكترونی بلور ها را به گونه ای تراش دادند كه زائده ای از سطح بلور بیرون بیاید (چاقویی را در نظر بگیرید كه تیغه آن در سطح چوب فرو رفته باشد.) جسمی را در انتهای این زائده قرار دهید. مشاهده می كنید كه زائده خم می شود.در این حالت زائده به ارتعاش درمی آید كه فركانس ارتعاش آن به وزن جسمی كه به آن متصل شده است بستگی دارد. گروه كریكهید فركانس ارتعاش ها را اندازه گیری كرد. البته در این آزمایش ها دكتر كریكهید به جای اندازه گیری وزن ویروس های واقعی، وزن ذره های كوچكی از طلا را اندازه گیری كرد. كوچك ترین این ذرات حدود ۳۹/۰ آتوگرم وزن داشت كه تقریباً برابر با وزن ده هزار اتم است. این سطح از حساسیت برای تشخیص ویروس ها كافی است، اما دكتر كریكهید اندازه گیری ها را در این سطح متوقف نكرده است. وی انتظار دارد با اصلاح بیشتر این سیستم اندازه گیری، بتواند یك زپتو گرم را كه برابر است با یك هزارم آتوگرم اندازه گیری كند. به نظر می رسد دانش بشری از نانوتكنولوژی نیز فراتر رفته و دوره زپتو تكنولوژی فرارسیده است.