Liên hiệp các hội khoa học và kỹ thuật Việt Nam
Thứ hai, 12/11/2007 23:34 (GMT+7)

Cesium (Cs) trong đồng hồ nguyên tử

Nói tới đồng hồ, chúng ta biết ngay đó là công cụ đo thời gian. Trong đời sống và hoạt động sản xuất của loài người mà tách khỏi việc tính toán giờ giấc, nếu như không có một tiêu chuẩn về thời gian được công nhận và cách tính toán giờ, thì ắt hoạt động của xã hội loài người sẽ loạn cả lên!

Trước đây, xác định thời gian đều lấy cơ sở từ sự chuyển động của Trái Đất. Trái Đất là máy tính giờ của tự nhiên, mỗi ngày đêm nó tự quanh quay trục của nó được một vòng, năm này qua năm khác đều thế. Một vòng là 1 ngày đêm, tức là 24 giờ và 1/86.400 của ngày đêm là 1 giây. Đơn vị thời gian giây được xác định ra như thế.

Nhưng theo tiến bộ của kỹ thuật đo đếm thời gian, người ta phát hiện thấy: Trái Đất không phải là “chiếc đồng hồ” chính xác hết mức! Tốc độ tự chyển động của nó thật không ổn định, mà có biến đổi tuỳ theo mùa, vụ và xét trong thời kỳ dài là có những thay đổi không có quy tắc… Tuy vậy, sự thay đổi tự chuyển động của Trái Đất là rất nhỏ, đối với sinh hoạt hằng ngày của chúng ta thì không đáng kể. Nhưng đối với khoa học kỹ thuật hiện đại thì điều trên lại trở thành vấn đề không thể chấp nhận.

Người ta nghĩ đến sự chuyển động của Trái Đất trong hệ Mặt Trời. Sự chuyển động đó là có quy luật, ổn định, mà con người có thể đo được. Cho nên, một số nhà khoa học lấy vận động đó của Trái Đất làm chuẩn gốc đo đếm thời gian. Quy định là cứ một vòng chuyển động của Trái Đất quanh Mặt Trời là một năm, và quy định lấy 1/31,556,925,9747 của độ dài năm 1900 là một giây. Do độ dài một năm, để Trái Đất trở về nơi cũ, không chịu ảnh hưởng của sự tự quay của Trái Đất, cho nên dùng nó để đo đếm thời gian là tương đối chính xác: trong vòng 30 năm chỉ sai số không vượt quá 1 giây.

Nhưng, với sai số đó thì hiện nay cũng chưa đủ cho yêu cầu khoa học kỹ thuật hiện đại. Mà dùng cách trên để xác định thời gian cũng tương đối khó khăn đòi hỏi phải đo đạc thiên văn trong thời gian dài, là điều không được thực dụng lắm!

Mọi người bèn loại bỏ tập quán cũ: dựa theo thế giới vĩ mô không xong, thì thử thăm dò cách dựa vào thế giới vi mô. Thực sự, mọi cách tính giờ và công cụ đo đếm thời gian đều dựa vào một vật thể có sự vận động có quy luật; Trái Đất chuyển động quanh Mặt Trời một vòng là một năm; Trái Đất tự quay quanh trục của nó 1 vòng là 1 ngày đêm; đồng hồ quả lắc thì mỗi giây lắc lại 5 lần; tinh thể thạch anh thì mỗi giây cộng hưởng 500 vạn lần; Thế còn nguyên tử trong giới vi mô thì sao? Kết cấu của nguyên tử cũng như mô hình cực, cực nhỏ của Mặt Trời: Hạt nhân nguyên tử thì ở giữa, chung quanh có điện tử chuyển động mà điện tử bản thân nó cũng tự quay. Do đó vận chuyển trong nội bộ nguyên tử là có quy luật, mà tần suất lại cực cao, tính ổn định rất tốt, chúng ta có thể dùng nó để tính giờ giấc được không?

Các nhà khoa học phát hiện, nguyên tử của một chất được đại diện bằng một mức năng lượng nhất định. Khi nguyên tử từ một mức năng lượng nhảy sang một mức năng lượng khác sẽ hấp thu hoặc phóng ra một phần năng lượng, dưới hình thức sóng điện từ, một cách chính xác. Năng lượng chuẩn xác này có quan hệ đối xứng rất chuẩn xác với tần suẩt bức xạ sóng điện từ không chỉ chính xác lạ thường, mà hết sức ổn định, về cơ bản không bị chi phối bởi những điều kiện ngoại giới, là chuẩn xác thời gian hết sức khách quan và hết sức hằng định!

Lợi dụng đặc tính của nguyên tử, khi nhảy từ mức năng lượng này sang mức năng lượng khác, người ta chế tạo ra đồng hồ mới - đồng hồ nguyên tử. So với Trái Đất, Mặt Trời, thể tích của đồng hồ nguyên tử nhỏ bé hơn rất nhiều, chuẩn thời gian xây dựng nên nó là rất dễ đo đạc, và không phải đo đạc thiên văn trong thời gian dài mà tính ổn định và chuẩn xác thì vượt rất xa so với dựa vào sự tự chuyển động của Trái Đất và sự quay của Trái Đất quanh Mặt Trời.

Hiện nay, người ta đã nghiên cứu chế tạo nhiều loại đồng hồ nguyên tử, trong đó có loại đồng hồ nguyên tử Rubidi (Rb) và đồng hồ nguyên tử Xezi (Cs). Các nhà khoa học nghiêng về việc chọn sử dụng đồng hồ nguyên tử Xezi cho nên trong kỳ họp lần thứ 13 của đại hội cân đo quốc tế, họp vào năm 1967, đã có quy định mới về giây: 1 giây là thời gian cần thiết, phù hợp với trị số 9.192.631.700 chu kỳ của bức xạ, ứng với sự chuyển giữa hai mức năng lượng siêu tinh tế của trạng thái cơ bản của nguyên tử Xezi (cụ thể là từ mức năng lượng F = 4, m= 0, sang mức F = 3, m = 0 của trạng thái cơ bản S = ½ của nguyên tử 133, không bị nhiễu loạn bởi trường ngoài. Nói cách khác dễ hiểu, 1 giây là khoảng thời gian cần thiết để sóng điện từ mà nguyên tử Cs phát xạ với cộng hưởng là 9.192.631.700 lần, hoặc “chấn động” của nguyên tử Cs 9.192.631.700 lần. Đó là định nghĩa mới về độ dài của giây.

Sử dụng đồng hồ Cs, chúng ta không chỉ có thể đo được thời gian chớp sáng chỉ còn ngắn bằng 1/10 3giây hết sức chính xác mà còn đạt tới trình độ sai số không quá 1 giây trong thời gian 50 vạn năm!

Sự lao động cần cù, gian khổ của lớp lớp các nhà khoa học đã được đền đáp tương xứng. Đúng là trong đời sống hàng ngày, chúng ta chỉ biết tới năm, tháng, ngày, giờ, phút, giây là đủ rồi, nhưng khoa học kỹ thuật hiện đại thì cần đo chính xác những thời gian cực ngắn, chỉ bằng 1/1.000 giây, 1/10 6giây, hoặc 1/10 9giây… có được đồng hồ nguyên tử, như đồng hồ nguyên tử Cs, chúng ta có thể tiến hành sử dụng thích hợp cho nghiên cứu khoa học một cách chính xác và trong thực tiễn sản xuất như: du hành vũ trụ và có những chuyến đi biển dài, thực hiện việc khống chế chính xác về thời gian.

Xem Thêm

Phát huy vai trò, trách nhiệm của đội ngũ trí thức trong sự nghiệp đổi mới, xây dựng và bảo vệ Tổ quốc
Ngày 25/6/2025, tại Tp. Huế, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (Liên hiệp Hội Việt Nam) chủ trì, phối hợp với Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật thành phố Huế (Liên hiệp Hội TP. Huế) tổ chức Hội thảo “Phát huy vai trò, trách nhiệm của đội ngũ trí thức để góp phần tích cực cho sự nghiệp đổi mới, xây dựng và bảo vệ Tổ quốc theo tinh thần Nghị quyết số 45-NQ/TW ngày 24/11/2023”.
An Giang: 8 giải pháp thực hiện đột phá phát triển khoa học công nghệ
Đến nay, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật tỉnh (Liên hiệp hội tỉnh) đã tập hợp được 40 hội, tổ chức thành viên với 9.554 hội viên cá nhân, trong đó có hơn 3.451 hội viên trí thức. An Giang xác định và đề ra mục tiêu về đột phá phát triển khoa học công nghệ, đổi mới sáng tạo, chuyển đổi số (KHCN, ĐMST, CĐS) đến năm 2030.
Thanh Hoá: Hội thảo KH về giải quyết tình trạng thiếu lao động ở nông thôn, lao động trực tiếp tham gia SX nông nghiệp
Sáng ngày 27/5/2025, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật tỉnh (Liên hiệp hội) phối hợp với Sở Khoa học và Công nghệ, Viện Nông nghiêp tổ chức Hội thảo khoa học với chủ đề “Giải pháp giải quyết tình trạng thiếu lao động sản xuất ở khu vực nông thôn, lao động có kỹ thuật, tay nghề cao trực tiếp tham gia sản xuất nông nghiệp, nhất là nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao, nông nghiệp hữu cơ”.
Bình Thuận: Đẩy mạnh ứng dụng khoa học, công nghệ vào sản xuất
Sáng ngày 27/5, tại thành phố Phan Thiết, tỉnh Bình Thuận, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật tỉnh phối hợp với Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh tổ chức hội thảo khoa học với chủ đề “Giải pháp đột phá trong ứng dụng tiến bộ khoa học, công nghệ vào thực tiễn quản lý và sản xuất trên địa bàn tỉnh Bình Thuận”.

Tin mới

Công nghệ mới trong xử lý chất thải góp phần phát triển bền vững ngành chăn nuôi Việt Nam
Ngày 3/7, Liên hiệp Hội Việt Nam phối hợp với Liên hiệp hội tỉnh Bắc Ninh và Hội Chăn nuôi Việt Nam tổ chức Hội thảo Phổ biến một số công nghệ mới có hiệu quả trong xử lý chất thải chăn nuôi. Hội thảo thu hút sự tham dự của đông đảo người sản xuất, kinh doanh, hộ chăn nuôi và doanh nghiệp trên địa bàn tỉnh.
"Sắp xếp lại giang sơn” là bước đi lịch sử
Sáng 30/6, Tổng Bí thư Tô Lâm dự Lễ công bố Nghị quyết của Quốc hội về sáp nhập tỉnh, thành phố cùng các quyết định của Trung ương Đảng thành lập đảng bộ tỉnh và nhân sự lãnh đạo địa phương tại Thành phố Hồ Chí Minh và có bài phát biểu với nhân dân Thành phố, đồng thời gửi gắm thông điệp tới nhân dân cả nước.
Phối hợp thúc đẩy giáo dục hòa nhập cho trẻ khuyết tật
Vừa qua, Viện Tài chính vi mô và Phát triển cộng đồng (MACDI) - tổ chức trực thuộc VUSTA - đã có buổi làm việc và ký kết thỏa thuận hợp tác với Sở Giáo dục và Đào tạo, Sở Y tế và Liên hiệp hội tỉnh nhằm triển khai Dự án “Thúc đẩy giáo dục hòa nhập cho trẻ khuyết tật tại An Giang, Bắc Ninh và Hòa Bình với sự tham gia của nhóm hỗ trợ trẻ hòa nhập”.
Công bố giải thưởng Hội thi Sáng tạo Kỹ thuật tỉnh Quảng Trị lần thứ XI
Sáng ngày 30/6, Ban Tổ chức Hội thi Sáng tạo kỹ thuật tỉnh Quảng Trị tổ chức Công bố các quyết định khen thưởng và trao thưởng Hội thi Sáng tạo Kỹ thuật tỉnh Quảng Trị lần thứ XI (2024 – 2025). Tham dự có các thành viên trong Ban Tổ chức Hội thi; các tác giả, nhóm tác giả của 23 giải pháp, đề tài đạt giải tại Hội thi lần này.
Đoàn công tác VUSTA làm việc với CDC tỉnh Quảng Ninh về công tác phòng/chống HIV/AIDS
Chiều ngày 27/6, Đoàn công tác của Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) đã có buổi làm việc với Lãnh đạo Trung tâm Kiểm soát bệnh tật tỉnh Quảng Ninh (CDC) nhằm đánh giá tiến độ, kết quả triển khai các hoạt động trong khuôn khổ dự án Quỹ toàn cầu - VUSTA về phòng, chống HIV/AIDS.
Thanh Hóa: Sơ kết hoạt động 6 tháng đầu năm và phát động Giải thưởng Sáng tạo KHCN năm 2025
Ngày 27/6/2025, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật tỉnh Thanh Hóa (Liên hiệp hội) tổ chức Hội nghị Ban Chấp hành mở rộng lần thứ 4 nhiệm kỳ 2024 - 2029 về sơ kết hoạt động 6 tháng đầu năm 2025, triển khai nhiệm vụ 6 tháng cuối năm và phát động tham gia Giải thưởng Sáng tạo Khoa học công nghệ Việt Nam năm 2025 (Giải thưởng).
An Giang: Anh nông dân truyền cảm hứng giáo dục STEM
Anh Nguyễn Ngọc Đệ - một nông dân chỉ học hết lớp 6, hiện sinh sống tại xã Vĩnh Hanh, huyện Châu Thành, tỉnh An Giang - đã xuất sắc đoạt giải Nhất tại Hội thi Sáng tạo Kỹ thuật tỉnh An Giang lần thứ XIV (2024-2025) với giải pháp mang tên “Mô hình Hạm đội Trường Sa phục vụ giáo dục STEM”.