La première montre-bracelet atomique au monde vous fera gagner du temps

John Patterson est un humble horloger basé à Kauai, à Hawaii, qui, depuis cinq ans, fabrique discrètement la première montre atomique grand public au monde. Mille ans passent et cette montre ne perdra qu'une seconde en précision. Prenez-le en profondeur, dans un enfer: le temps file. Ou, si vous vous sentez aventureux, emportez-le dans l'espace. Emmenez-le sur Mars.

Ça va garder le temps.

Patterson a un doctorat neuroscience, mais il a consacré sa propre force de travail à l’horlogerie. Il dirige sa société, Bathys Hawaii, depuis son domicile situé sur Garden Isle. «La philosophie a toujours été que ce n’était pas seulement un homme riche qui méritait une belle montre», dit-il Inverse. Bathys vient du grec “ bathus, "Qui signifie" profond "- au sens propre et figuré. Alors que ses montres resteront fidèles à de grandes profondeurs, sa montre atomique le sera également à de très grandes hauteurs. Hauteurs de Mars.

Une subvention de l'Agence des projets de recherche avancés pour la défense, d'un montant de 200 millions de dollars, a permis la création d'une petite puce atomique à l'intérieur du Bathys Hawaii Cesium 133, explique Patterson. Mais une fois qu'il a découvert que les puces étaient disponibles à l'achat, il a saisi une «vieille montre OMEGA» qu'il avait rangée dans un tiroir, l'a vendue sur eBay, a acheté une puce atomique et, avec l'aide d'un ou deux autres Hawaiiens. - Je dois travailler.

Il savait qu'il devait utiliser les puces atomiques pour leur véritable appel: les montres. La seconde internationale, après tout, est définie par le césium: sa fréquence de rayonnement est de 9 192 631 770 Hz, ce que les scientifiques des années 1950 ont associé au temps des éphémérides. Tandis que d'autres horloges sont victimes d'effets relativistes à grande vitesse, les horloges au césium ne le sont pas. La fréquence reste la même et l'heure reste donc exacte. Alors, Patterson, puce en main, s'est mis au travail. Bientôt, il avait une montre-bracelet fonctionnelle et incroyablement précise; il a emporté le prototype sur Kickstarter en 2014. En quelques jours à peine, il avait presque doublé son objectif de collecte de fonds.

Inverse Patterson a parlé de la technologie derrière la montre Cesium 133, du voyage dans l’espace et de la rapidité avec laquelle nous aurons tous une montre atomique. (Indice: Bientôt. Mais ce ne sont peut-être pas des montres en tant que telles.)

Comment fonctionne le césium 133?

C’est assez complexe. Nous devions non seulement concevoir la montre à l'aide de cette puce, une batterie rechargeable, etc., mais nous devions également concevoir un dispositif de type station de base externe qui fonctionne pour recharger la montre. Mais, principalement, cela fonctionne pour régler la montre aussi précisément que possible. Ces montres peuvent être réglées sur moins de 100 nanosecondes, soit un cent milliardième de seconde, à l’heure exacte du monde. Une fois définis, ils ont une précision sur une seconde sur mille ans. L’horloge de votre téléphone ou de votre ordinateur - la plupart n’a qu’une précision d’environ 200 millisecondes. C’est l’erreur que cette montre développe en 200 ans.

Le GPS est fait! Cela permet d’obtenir une valeur précise pour régler le césium 133 en 20 milliards de secondes.

Une photo postée par Bathys Hawaii (@bathys_hawaii) sur

Nous avons dû copier la même chose que les militaires lorsqu'ils veulent régler l'une de leurs horloges atomiques. Même les récepteurs GPS sont désactivés de plusieurs centaines de millisecondes: l'ordinateur passe tout son temps à traiter les données de localisation et non le temps. Nous avons donc dû créer notre propre unité GPS qui se concentre essentiellement sur le passage des données temporelles sans délai. Il la suce hors de l'espace et l'envoie directement à la montre sans aucun délai.

D'après ce que je comprends, les montres au césium attirent non seulement par leur précision, mais également par leur précision dans de nombreuses conditions.

Ouaip. La température est une chose importante dans la mesure du temps. Ainsi, vous pouvez aller jusqu’à environ 150 degrés Celsius ou jusqu’à environ moins 20 degrés Celsius, et cela reste précis.

Une fois que vous avez réglé cette horloge avec précision, si vous la raccordez à l'accéléromètre, à la boussole et aux centrales inertielles internes de votre téléphone - qui enregistrent en gros l'inclinaison, l'accélération et tout le reste -, elle peut agir comme son propre GPS, sans avoir à être en contact avec le GPS. Il peut localiser avec précision votre position jusqu'à 10 centimètres pendant des jours, des mois.

Il y a tellement de technologies possibles qui pourraient en découler. Si vous êtes pompier à New York et que vous devez vous précipiter dans un gratte-ciel en flammes, vous perdrez votre GPS, vous ne pourrez donc pas communiquer votre position à d’autres pompiers. Mais si tout le monde avait synchronisé cette montre, elle pourrait simplement parler sur les fréquences radio habituelles et leur indiquer où elles se trouvaient. Peu importe qu’ils se trouvent dans une grotte, dans un immeuble en feu ou sous l’eau: partout où vous ne pouvez pas obtenir de GPS, vous pouvez obtenir votre position.

Ou de l'espace.

Ou de l'espace. Ou dans un tunnel avec votre voiture autonome.

Est-ce que cette montre pourrait être quelque chose que les gens qui veulent aller sur Mars pourraient utiliser pour garder le temps?

Tout d’abord, une petite remarque: j’étais en fait sur la liste restreinte pour être dans l’un des habitats de Mars. Celui ici à Hawaii. Je suis arrivé à la sélection finale. Ils en ont choisi six, et j’étais dans la finale des 30 ans. Je pense que j’étais trop vieux et je suis ravi de ne pas pouvoir le faire. Ils sont arrivés l’autre jour et ils me disent maintenant: «Je suis tellement heureux que ce ne soit pas moi.» Le gars embrasse sa femme pour la première fois depuis un an.

Une montre régulière fonctionnerait dans l'espace dans une certaine mesure. Une montre à quartz gardera le temps dans l’espace - ce n’est pas comme si elle ne fonctionnerait pas du tout. Mais il y a des effets relativistes à aller vite.

Si votre GPS ne tient pas compte de la durée du trajet jusqu'au satellite, au lieu de pouvoir vous localiser dans un rayon de six ou sept pieds comme le fait votre téléphone actuellement, il parcourt une distance de 35 kilomètres. C’est pourquoi il est important que l’effet relativiste soit pris en compte. La vitesse de la lumière et du satellite est si rapide qu'elle change légèrement le temps.

Il est très facile d’expliquer le fonctionnement du césium. En gros, la façon de penser est que le césium ressemble presque à un miroir. Si vous le faites vibrer à la fréquence exacte de ces neuf milliards de cycles par seconde, il agit comme un miroir. Quelle que soit l'énergie que vous tirez, elle vous revient. À toute autre fréquence, c’est comme un morceau de velours noir: il absorbe l’énergie. Dès que la fréquence exacte est atteinte et que vous la bombardez avec votre micro-ondes, tous vos micro-ondes se mettent soudain à rebondir. Et cela signifie que vous l'avez cloué.

C’est une caractéristique physique du césium. Cela n'a rien à voir avec la radioactivité. Le césium est comme le mercure, presque, c’est un liquide. Lorsque vous chauffez, il se transforme en gaz. À l’intérieur de la petite cellule, il y a un petit appareil de chauffage qui chauffe le gaz, le bombarde avec des ondes radio et cherche cette réflexion. La norme internationale actuelle pendant une seconde correspond à ce nombre de vibrations.

Cela ne change jamais: vous allez dans l’espace, c’est la même chose. Vous vous approchez de la vitesse de la lumière - cela ne change pas. Tandis que si vous preniez une montre à quartz, ou une montre mécanique, et que vous commenciez à la porter à des vitesses ultra-rapides, les choses changeraient et ce n’était plus précis.

Ces puces vont-elles se retrouver dans d'autres technologies bientôt?

Je pense que vous allez voir cette technologie dans vos smartphones et dans vos voitures autonomes dans environ cinq ans. Ce sera probablement plus comme le GPS qui apparaît dans votre téléphone. Tout à coup, vous verrez cette technologie miniaturisée au point d’être adaptée à un téléphone. À l'heure actuelle, la puce a la taille d'une boîte d'allumettes d'un restaurant chic. C’est assez gros, et on ne peut pas le réduire beaucoup plus petit à cause du conditionnement physique qui doit y être intégré. Mais s'ils pouvaient le miniaturiser encore un niveau, il apparaîtrait partout. La technologie n’est pas chère à fabriquer - c’est tout à fait possible. Donc, je dirais cinq ou six ans, mais je ne m'attends pas vraiment à ce que ce soit le Suisse. Je m'attends à plus, comme Samsung, Apple ou Google.

Cette interview a été modifiée pour la concision et la clarté.