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orologi atomici
#1
Buongiorno a tutti (sono appena arrivato in questo portale)

leggo in https://it.wikipedia.org/wiki/Orologio_atomico "uno tra i migliori sistemi attualmente sviluppato impiega ioni di mercurio. È stato creato al NIST e sfrutta un laser con impulso di un femtosecondo. Ha una precisione di 5 ordini di grandezza in più rispetto agli orologi al cesio. I suoi progettisti dicono che potrebbe sbagliare di un secondo dopo 4,5 miliardi di anni"

Un femtosecondo vale un milionesimo di miliardesimo di secondo (cavolo!) ciò significa che è possibile misurare in *femtosecondi* la durata di un fenomeno? O forse tale incredibile frequenza garantisce la bontà dello strumento, ma la massima separazione degli intervalli di tempo è minore?
Qualcuno sa dirmi fin dove si arriva?

Un'altra curiosità: se leggo che un certo orologio può perdere X nel tempo Y, devo intendere che *due* di questi orologi, dopo il tempo Y potranno divergere max di 2X senza che si debba intervenire su di essi? (sembra ovvio, ma c'è chi ne dubita)

complimenti per questo bel sito
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#2
Ciao Gino, benvenuto!

cosa ci devi fare con i femtosecondi??
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#3
è una storia lunga, ne estraggo un pezzetto

.... Possibile che restino dei dubbi dopo un secolo di conferme? Pare che alcuni eteristi all’antica si attacchino ancora al *complotto della natura* di Poincarè (a proposito dell’esperimento Michelson-Morley) complotto che impedirebbe di escludere al 100% la presenza del famoso “vento d’etere”.

Qui si cerca di immaginare una osservazione alternativa a MM e che sfugga al *complotto*.

La tecnologia avanza, forse sarà possibile fare misure di tempo attendibili in *una sola direzione* (nonostante resti impossibile sincronizzare orologi distanti per i noti e insuperabili motivi) e quindi mettere alla luce l’esistenza o meno di codesto *complotto*. La luce percorre 30 cm in miliardesimo di secondo mentre un buon processore fa centinaia di operazioni. https://it.wikipedia.org/wiki/Orologio_atomico dice che gli orologi al cesio oscillano quasi 10 miliardi volte per secondo, mentre quelli agli ioni di mercurio sfruttano un laser con impulsi di un femtosecondo (un milionesimo di miliardesimi di secondi, con precisione di 5 ordini di grandezza in più rispetto agli orologi al cesio) e che potrebbero sbagliare di un secondo solo dopo 4,5 miliardi di anni. Quindi forse sarà possibile fare misure di tempo con una *risoluzione* di almeno un millesimo di miliardesimi di secondi.

Se così fosse basterebbe un percorso di 30 metri per vedere se la luce appare di velocità diversa cambiando l’orientamento rispetto all’ipotetico *vento d’etere*. Mentre la luce percorre 30 metri avremmo 100.000 tictac: 30/300.000.000=0,0000001x1000.000.000.000=100.000 e visto che pare disponibile un movimento di 300-370 km/s del sistema solare in una certa direzione, diciamo +300 -300, la variazione potrebbe essere di 200 tictac: 600:300.000=0.002x100.000=200. E’ vero che il ritmo delle oscillazioni può mutare per variazioni di velocità , di gravità e di accelerazione (supponendo assenti altri disturbi come aria, vibrazioni, calore etc), ma in assenza di queste perturbazioni sembra lecito ritenere che il *ritmo* delle oscillazioni si mantenga costante.

A conferma vedi in http://aulascienze.scuola.zanichelli.it/2015/02/23/orologi-da-record-1000-volte-piu-precisi-di-quegli-atomici-al-cesio/ "La frequenza di transizione degli elettroni presenti nei due orologi così confezionati è stata misurata per un mese e confrontata tra i due, rivelando l’incredibile grado di sincronia dei due orologi". .....
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#4
beh, immagino d'essere stato preso per un matto
non avreste tutti i torti
soprattutto prendendo in considerazione l'intero sproloqio
Buona Pasqua
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Costanza della misura della velocità luce nonostante il moto del misuratore

Un secolo di osservazioni confermano la costanza di c, eppure c’è chi ancora controlla:
http://accelconf.web.cern.ch/Accelconf/rupac2012/papers/weppd009.pdf per il moto del l’emittente (e francamente le stelle doppie di De Sitter mi sembravano già sufficientemente convincenti)
https://www.nature.com/articles/ncomms9174 per il moto del misuratore (osservatore). Quest’ultimo è simile a quello di Michelson-Morley: se non si dubita delle trasformazioni di Lorentz (e pare che nessuno de dubiti) non capisco perché insistere, piuttosto mi pare sarebbe meglio cercare un test privo della possibilità di invocare il *complotto della natura*, l’ipotetica contrazione fisica del regolo che, agli occhi degli eteristi del tempo, giustificava l’insuccesso dell’esperimento MM. Un test del genere a me pare oggi possibile considerate alcune informazioni raccolte in giro e mi permetto di sottoporlo alla vostra benevola attenzione.

La luce percorre 30 cm in miliardesimo di secondo e in quell’intervallo un buon processore fa centinaia di operazioni. In https://it.wikipedia.org/wiki/Orologio_atomico si legge che gli orologi al cesio oscillano quasi 10 miliardi volte per secondo, mentre quelli agli ioni di mercurio, sfruttando un laser con impulsi di un femtosecondo (un milionesimo di miliardesimi di secondi) sono enormemente più precisi tanto che per sbagliare di un secondo hanno bisogno di 4,5 miliardi di anni. Immagino perciò che sarà presto possibile fare misure di tempo con una *risoluzione* di almeno un picosecondo (millesimo di miliardesimo di secondo). Ho chiesto alla INRiM (https://www.inrim.it/ istituto di metrologia) e mi hanno detto che anche per la misura di singoli eventi ci siamo vicini. Quando sarà così, dovrebbe bastare un percorso di 30 metri per vedere se la luce appare di velocità diversa cambiando l’orientamento rispetto all’ipotetico *vento d’etere*. Infatti mentre la luce percorre 30 metri, avremmo 100.000 tictac (30/300.000.000=0,0000001x1000.000.000.000=100.000) e considerato che pare disponibile un movimento di circa 300 km/s del sistema solare in una certa direzione, la variazione potrebbe essere di 200 tictac ((300+300):300.000=0,002x100.000=200). Poi in http://aulascienze.scuola.zanichelli.it/2015/02/23/orologi-da-record-1000-volte-piu-precisi-di-quegli-atomici-al-cesio/ si legge che "La frequenza di transizione degli elettroni presenti nei due orologi così confezionati è stata misurata per un mese e confrontata tra i due, rivelando l’incredibile grado di sincronia dei due orologi". Cosa confermatami dalla INRiM: se un oscillatore non sgarra più di un secondo in tot miliardi di anni, un secondo oscillatore (simile al precedente, ma fisicamente distinto) sgarrerà dal precedente max 2 secondi in tot miliardi di anni. Vero però che allontanando i due oscillatori l’uno dall’altro la concordia di ritmo non è più garantita perché ogni oscillatore rispetta il suo *tempo locale*. Però il “tempo locale” cambia solo se muta la velocità relativa fra i due oscillatori e/o la gravità in cui essi si trovano: supponiamo di posarli su due blocchi di granito, distanti 30 metri e perfettamente livellati, sarebbe inammissibile ritenere che per 12 ore essi restino concordi nel ritmo? (sincronizzare i loro contatori, cioè “metterli in punto” non serve). Se è inammissibile questo foglio può essere subito cestinato.

Altrimenti oso proporre da http://digilander.libero.it/gino333/mototerra5.jpg la “situazione semplificata” (inutile guardare quella più realistica, perché se non si superasse questa prima valutazione non vale la pena di perderci tempo): servono due misurazioni, fatte entrambe quando il regolo A-B (diciamo di 30 metri) si trova parallelo al moto di circa 300 km/s di tutto il sistema solare (moto osservato nello studio della radiazione di fondo). Due misure distanziate di 12 ore fatte però quando anche l’asse Terra-Sole è allineato sulla direzione del moto di 300 km/s (quindi per pochi giorni ogni 6 mesi e per pochi minuti 2 volte al giorno). In questo modo il regolo si muoverà (rispetto all’ipotetico etere) ad una velocità simile (299600 o 300400) nella direzione indicata dal regolo (vero che l’una è opposta all’altra, ma ciò è irrilevante per le trasformazioni di Lorentz; c’è però una differenza ma è piccola e quindi l’ipotetica diversa contrazione del regolo mi sembrerebbe trascurabile.

E’ però vero che OA e OB sono distanziati di 30 metri sul comune percorso dovuto alla rotazione terrestre. Poiché mi sto mettendo nei panni di un eterista che considera come *velocità* quella che risulta dal moto relativo orologio-etere (etere considerato fermo, cioè un riferimento assoluto) le trasformazioni di Lorentz opereranno diversamente. Vero che ciò che potrebbe succedere nel tratto 1-2 è compensato da ciò che succede in 2-3 (altrimenti gli orologi non potrebbero restare precisi per miliardi di anni), ma questa compensazione avviene in tempi leggermente sfalsati: dovrei fare calcoli che eccedono le mia capacità, ma al momento (e solo per intuizione) mi sembra un fenomeno trascurabile, se trascurabile non fosse questo foglio può essere subito cestinato (metto in fondo al testo un abbozzo delle considerazioni che forse andrebbero fatte).

Proseguo sperando d’ave superato i due scogli. Oltre agli oscillatori servono i contatori di oscillazioni CA e CB i quali, a comando, devono poter registrare il loro valore numerico nelle memorie permanenti MA e MB. Assumo che queste operazioni, normali per un dispositivo elettronico, siamo tecnicamente fattibili in presenza di frequenze così elevate (un altro scoglio da superare).

Quando la Terra è posizionata come mostrato nel link (con tolleranza di qualche giorno attorno al punto ideale) e quando la rotazione terrestre porta AB nella posizione 1 (con tolleranza diciamo di un’ora attorno al punto esatto):

a) dal punto A si lanci verso OA e OB un impulso luminoso (vedi schizzo lampadina) codificato in modo da far azzerare i contatori: ovviamente CA verrà azzerato all’istante mentre CB sarà azzerato in ritardo rispetto a CA il quale, nel frattempo, avrà contato un numero di oscillazioni pari al tempo di volo dell'impulso da A a B: diciamo siano 100 (tanto per esemplificare)
b) dopo una brevissima attesa, diciamo 500 oscillazioni a partire dal lancio precedente …
c) … si lanci, sempre dal punto A, un altro impulso codificato in modo da far trasferire i digit dei contatori nelle memorie corrispondenti: avremo allora 500 in MA (perché il tempo di volo dall’emittente al sensore in A è nullo) e poi 500 in MB (400+100 del tempo di volo, 400 perché si era azzerato in ritardo di 100 oscillazioni). Per verificare basta fare quattro passi per leggere i valori memorizzati così sfuggendo ai problemi normalmente connessi ai segnali di ritorno, una *one way* pedestre :-)
d) 12 ore dopo rifare c): se grossomodo (*) resta MA=MB il vento d’etere non è presente perché non si vede quale *complotto* potrebbe mascherarlo. Se invece ci fossero differenze significative converrebbe eseguire una serie di misure ad intervalli e per alcuni giorni e potrebbe apparire l’effetto variabile del vento d’etere (e allora sarebbe la RR a doversi porre delle domande)). Vero che i fisici ortodossi già dispongono di una montagna di prove che escludono questa possibilità, ma un controllo in più non guasta e potrebbe far compagnia ai già citati
http://accelconf.web.cern.ch/Accelconf/rupac2012/papers/weppd009.pdf
https://www.nature.com/articles/ncomms9174

****************

(*) per l’eterista una piccola differenza è ammessa perché la contrazione del regolo è marginalmente diversa essendo diversa la velocità rispetto all’ipotetico etere (299600-300400)l

Note per la questione dei 30 metri.
-1/4 di circonferenza terrestre = circa 10.000.000 metri
-supponiamo di collocare B esattamente sul diametro che va dalla posizione 1 alla 3 in modo che i suoi tratti 1-2 e 2-3 siano di 10.00.000 m (A avrà due tratti di 9.999.970 e 10.000.030 m)
-trascuro la velocità nell'orbita (30 km/s) perché nelle 12 ore è praticamente sempre a 90°
-la velocità di rotazione (0,4 km/s) in favore o a sfavore del vento d'etere è massima nelle posizioni 1 e 3, a zero in posizione 2: perciò assumo che in media valga 200 m/s quindi
- nel tratto 1-2 si va controvento a 299.800 m/s
- nel tratto 2-3 si va in favore di vento a 300.200 m/s
- valori del fattore radq(1-v^2/c^2)
v=299800 vale 0,999.999.500.666.319.8
v=300000 vale 0,999.999.499.999.875.0 dimin. di 0,000.000.000.666.444.777
v=300200 vale 0,999.999.499.332.985.8 dimin. di 0,000.000.000.666.889.272 ma a favore di vento
Cosa comporta la sfasatura di A sul sincronismo del ritmo di OA e OB? Sembrerebbe un effetto assai modesto (anche se protratto per 12 ore). Comunque non saprei come calcolarlo, ma provo a ragionare per assurdo: un vero *complotto*dovrebbe funzionare perfettamente in tutte le situazioni (così succede per la contrazione dei regoli descritta dalle trasformazioni) invece in questo caso il risultato dipende dalla velocità della rotazione terrestre e sarebbe *un bel caso* se si accumulasse esattamente quanto serve per generare il *complotto*.
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