background preloader

11. Les oscillateurs et la mesure du temps

Facebook Twitter

Les mystères du temps. Il est, pour Aristote, la dimension du successif, l’aspect mesurable du mouvement.

Les mystères du temps

Il devient, pour Galilée, une véritable variable physique : il peut être inclus dans des équations. Pour Newton, il est absolu, valable en tout point de l’Univers, ne dépendant de rien d’autre que de lui-même. Puis vient cette révolution qu’est la théorie de la relativité d’Einstein (restreinte puis générale), dont la conséquence la plus notable est peut-être qu’elle remet en cause cet objet particulier.

L’espace et le temps sont désormais indissociables, « l’écoulement du temps » dépend des dimensions spatiales : l’espace dans lequel nous évoluons n’est plus un espace à trois dimensions, mais bien à quatre inséparables. As-tu pris ton Galileo ? Aujourd’hui, la navigation par satellite est très répandue.

As-tu pris ton Galileo ?

Nos voitures et nos téléphones sont quasiment tous équipés d’un GPS. Eh bien GPS, qui signifie Global Positionning System, c’est le système de navigation par satellite, développé par les Etats-Unis. Les Russes et les Chinois également en ont un, respectivement GLONASS et BeiDou. Désormais, l’Europe possède son propre système (compatible avec les autres) : Galileo. Cela permet d’être indépendant. La physique animée - Superposition de phénomènes ondulatoires : le pendule ondulant. La démesure de la précision. La mesure du temps atteint aujourd’hui des précisions vertigineuses, grâce notamment aux apports de l’optique et de la photonique.

La démesure de la précision

Or la recherche de la précision ultime est une course de longue haleine qui est loin d’être achevée. Il n’y a pas que la science qui soit affaire de mesures et d’exactitude. Sans que l’on s’en rende compte, surfer sur Internet ou déterminer sa position grâce à un GPS sont des opérations qui demandent des mesures de temps ou de distance d’une précision très élevée… et sans cesse croissante. À tel point que c’est une véritable course qui s’est engagée dans le monde, pour aboutir à des mesures toujours plus fines. Au cœur de cette course et objet de toutes les attentions des scientifiques et des industriels : le photon, sorte de petit corpuscule de lumière.

Une seconde de décalage toutes les 15 milliards d’années De toutes les mesures, celle du temps (et plus exactement la mesure d’une durée) a toujours été la plus précise. Horloge optique au strontium. Institut de physique - CNRS - Record de précision pour la mesure de différence de rythme entre deux horloges atomiques distantes de 700 km. Une équipe franco-allemande, dont des physiciens du laboratoire Systèmes de référence temps-espace (CNRS/Observatoire de Paris/UPMC, associés au LNE) et du Laboratoire de physique des lasers (CNRS/Université Paris 13), viennent pour la première fois de mesurer la différence de rythme de deux horloges atomiques ultraprécises éloignées de plusieurs centaines de kilomètres, grâce à une liaison par fibre optique.

Institut de physique - CNRS - Record de précision pour la mesure de différence de rythme entre deux horloges atomiques distantes de 700 km

Cette comparaison est 20 fois plus précise que les comparaisons actuelles d’horloges qui reposent sur le système GPS, et la mesure est 10 000 fois plus rapide à résolution égale. La différence relative de fréquence de deux millionièmes de milliardième observée entre les deux horloges, l’une à Paris et l’autre à Braunschweig à 700 km de distance, est la signature d’un effet de relativité générale qui affecte les horloges situées à des altitudes différentes (20 mètres d’écart).

Références. Tiny optical frequency clock measures time accurately to 270 quintillionths of a second. Researchers at the UCLA Henry Samueli School of Engineering and Applied Science have created an optical clock that's just 1 cubic centimeter—small enough to fit on a standard silicon chip—and can track time intervals with precision to 270 quintillionths of second.

Tiny optical frequency clock measures time accurately to 270 quintillionths of a second

(One quintillionth is equivalent to 1 times 10 to the negative 18th power, or 0.000000000000000001.) Today's most accurate clocks, atomic clocks, are used to keep time for the Internet and satellite communications, and help astronomers detect Earth-like planets beyond our solar system. Their accuracy—to "only" within a tenth of trillionths of a second, or 1 times 10 to the negative 13th power—is based on the naturally occurring frequencies of atoms that respond to radiation. Pourquoi les années bissextiles sont essentielles dans notre calendrier. Ce lundi est évidemment une journée un peu particulière, comme tous les 29 février.

Pourquoi les années bissextiles sont essentielles dans notre calendrier

L'année 2016 compte ainsi, non pas 365 jours, mais 366 jours, ce qui est (presque) le cas tous les 4 ans. 29 jours en février, c'est donc une année bissextile, les autres se contentant de 28 jours. Le 30 juin, une seconde qui change tout. Une seconde intercalaire est rajoutée mardi soir à minuit, en temps universel, pour compenser le ralentissement de la rotation de la Terre depuis 2012.

Le 30 juin, une seconde qui change tout

Le 30 juin, les horloges du monde entier vont marquer une petite pause d'une seconde entre 23: 59: 59 et 0: 00: 00. Pendant un bref instant, il sera exceptionnellement 23: 59: 60. Ce petit instant permettra à la Terre de rattraper le retard accumulé par rapport aux horloges atomiques qui battent la mesure de référence depuis 1967.

Car la Terre a en effet tendance à ralentir. Pas de manière régulière (il peut se produire de petites pauses voire de légères accélérations par moments), mais, de façon générale, les forces gravitationnelles exercées par la Lune et le Soleil freinent inexorablement la toupie planétaire. Hyper-precise atomic clocks face off to redefine time. La nouvelle horloge atomique est garantie... 15 milliards d'années ! Histoire des mesures de la vitesse de la lumière. Mesurer le temps avec les atomes. Dans une horloge à fontaine atomique : les atomes de césium sont refroidis par laser à une température de un microkelvin et lancés vers le haut avec une vitesse de quatre mètres par seconde.

Mesurer le temps avec les atomes

Bruno Bourgeois Christophe SALOMON, directeur de recherche au cnrs, dirige le groupe « Gaz de Fermi ultrafroids » au sein du Laboratoire Kastler-Brossel de l'École normale supérieure, à Paris, une des équipes engagées dans le projet pharao. En soulevant avec un cric la dernière née des horloges atomiques, des physiciens américains du Colorado ont montré qu'il était possible de détecter un effet de la relativité générale – le décalage des horloges en fonction de l'altitude – dès 30 centimètres de hauteur. Pendant ce temps, en Europe, le modèle de vol de l'horloge spatiale pharao est en cours d'assemblage ; il vise à tester la relativité générale au millionième près avec des atomes ultrafroids à bord de la Station spatiale internationale en 2013. Vidéo : comment mesure-t-on le temps ?

Top-precision optical atomic clock starts ticking. A state-of-the-art optical atomic clock, collaboratively developed by scientists from the University of Warsaw, Jagiellonian University, and Nicolaus Copernicus University, is now "ticking away" at the National Laboratory of Atomic, Molecular and Optical Physics in Toruń, Poland.

Top-precision optical atomic clock starts ticking

As the first of its kind in Poland and one of just a handful of clocks of this caliber in the world, the new clock will keep track of the passage of time with extraordinary precision. Physicists from Warsaw, Toruń, and Cracow have constructed an atomic clock that is one of just a few of its kind in the world - already now, at an early stage of operation, it has most likely become Poland's most precise clock. The theoretical stability of the new clock, stemming from the advanced physical mechanisms it harnesses, means that it would take tens of billions of years for an error of a single second to accumulate - which is several times longer than the time that has passed since the Big Bang.