Một thiết bị mang tên Rolex đang đo thời gian ổn định hơn rất nhiều so với đồng hồ đeo tay, nhưng nó không có mặt số, kim hay dây. Đó là Rolex Rubidium Atomic Optical Clock, đồng hồ nguyên tử quang học do Rolex phát triển cùng Trung tâm Điện tử và Vi công nghệ Thụy Sĩ CSEM. Thay vì đếm nhịp bánh lắc, thiết bị dùng laser và nguyên tử rubidium để tạo tham chiếu tần số. Rolex công bố mức trôi dưới 0,1 phần tỷ giây mỗi ngày, tương đương dưới một giây sau một triệu năm.
Ý nghĩa không nằm ở việc biến một chiếc Oyster thành đồng hồ nguyên tử. Thiết bị cung cấp chuẩn để Rolex hiệu chuẩn máy thử, xây dựng thang thời gian nội bộ và, theo hãng, đóng góp cho quá trình hiện thực hóa Giờ Phối hợp Quốc tế UTC. Nó cũng không thay thế định nghĩa chính thức của giây SI. Để đọc đúng bước tiến này, cần tách ba câu hỏi: 385 terahertz là gì, rubidium được “đọc” ra sao và chuẩn phòng thí nghiệm liên hệ thế nào với đồng hồ trên cổ tay.
Mọi chiếc đồng hồ đều bắt đầu từ một dao động
Đồng hồ cơ chia thời gian bằng chuyển động của bánh lắc và dây tóc. Một bộ máy 4 Hz thực hiện bốn chu kỳ mỗi giây; cơ cấu hồi và bánh răng biến nhịp ấy thành chuyển động của kim. Biên độ, mô-men, tư thế, nhiệt độ, từ trường và va đập đều có thể làm thay đổi sai số.
Quartz thay bánh lắc bằng tinh thể 32.768 Hz, ổn định hơn cơ học nhưng vẫn đổi theo nhiệt độ và lão hóa. Đồng hồ nguyên tử lấy một chuyển tiếp năng lượng của nguyên tử làm mốc. Các nguyên tử cùng đồng vị có tính lặp lại cao, nên các phòng đo lường có thể so sánh cùng một chuẩn tần số.
385 THz lớn đến mức nào?
Hertz là số chu kỳ trong một giây; “tera” là một nghìn tỷ. Vì vậy, 385 THz tương ứng 385.000.000.000.000 chu kỳ mỗi giây. Trong hệ thống Rolex, đó là tần số quang học của laser tương tác với chuyển tiếp điện tử của rubidium. Tần số cao cho phép nhận biết sai lệch tương đối rất nhỏ khi toàn hệ thống được kiểm soát.
BIPM hiện định nghĩa giây SI bằng tần số chuyển tiếp caesium-133 đúng 9.192.631.770 Hz. Lấy 385 THz chia cho số này được khoảng 41.900. CSEM làm tròn lợi thế tần số của chuyển tiếp rubidium quang học thành 40.000 lần so với chuyển tiếp vi sóng caesium. Cách tính này có mẫu số rõ ràng; tuyên bố “100.000 lần” của Rolex không nêu cùng chi tiết.
Laser và huỳnh quang xanh đọc nguyên tử rubidium
CSEM mô tả phương pháp kích thích hai photon trên chuyển tiếp điện tử của rubidium-87. Laser được khóa vào điều kiện hấp thụ đặc trưng; khi nguyên tử trở về mức năng lượng thấp hơn, hệ thống phát hiện huỳnh quang xanh. Tín hiệu cho biết laser đang gần hay lệch tần số cộng hưởng để vòng điều khiển sửa nguồn quang.
Nguyên tử không phải một “con lắc” nhìn thấy được mà là chuẩn kiểm tra bộ dao động laser. Điện tử chuyển tần số đã khóa thành tín hiệu có thể đếm. “Giây tham chiếu” Rolex nói tới là tham chiếu nội bộ, không phải định nghĩa mới thay giây SI.
Từ mẫu phòng thí nghiệm đến đồng hồ chạy liên tục
Một phép đo tốt trong vài giờ chưa phải đồng hồ chủ chạy quanh năm. Thiết bị công nghiệp phải theo dõi laser và môi trường, phục hồi sau gián đoạn, rồi truyền tần số mà không mất độ ổn định.
Năm 2024, CSEM đặt mục tiêu vận hành liên tục và nói nguyên mẫu còn phải được METAS xác nhận, quốc tế chấp nhận trước khi đóng góp cho UTC. Sang năm 2026, Rolex cho biết thiết bị đầu tiên tại Geneva đã tham gia quá trình hiện thực hóa UTC. Hai mốc phản ánh các giai đoạn của cùng dự án.
“Một giây sau một triệu năm” nói lên điều gì?
Rolex công bố độ trôi dưới 0,1 phần tỷ giây, hay 0,1 nanosecond, mỗi ngày và diễn giải thành dưới một giây sau một triệu năm. Đây là phép quy đổi tốc độ sai lệch, không phải thử nghiệm kéo dài một triệu năm; nó cũng không bao quát độ không đảm bảo khi truyền tín hiệu giữa các hệ thống.
Hãng còn nói độ chính xác có thể vượt các đồng hồ nguyên tử hiện có tới 60 lần. Trang giới thiệu không công bố đầy đủ tập đối chứng và phép tính, nên đây phải được ghi là tuyên bố của Rolex. Độ chính xác, độ ổn định ngắn hạn, ổn định dài hạn và khả năng chạy liên tục không phải một khái niệm.
Các con số cần đọc đúng
| Giây SI hiện hành | 9.192.631.770 Hz của chuyển tiếp caesium-133, theo BIPM |
|---|---|
| Tần số laser Rolex công bố | 385 THz, tức khoảng 385 nghìn tỷ chu kỳ mỗi giây |
| Tỷ số tần số gần đúng | Khoảng 41.900 lần so với tần số caesium; CSEM làm tròn khoảng 40.000 lần |
| Độ trôi thiết bị | Dưới 0,1 nanosecond mỗi ngày, theo Rolex |
| Cách quy đổi của Rolex | Dưới một giây sau một triệu năm |
| Thiết bị được công bố | Geneva, METAS tại Wabern và cơ sở Rolex ở Bienne |
| Mạng lưới UTC | Khoảng hơn 450 đồng hồ thuộc nhiều loại, theo BIPM và Rolex |
Rolex dùng chuẩn quang học để làm gì?
Ứng dụng trực tiếp nhất được Rolex nêu là hiệu chuẩn máy kiểm tra độ chính xác trong xưởng. Muốn nhận biết sai lệch rất nhỏ, máy thử phải được so với tham chiếu ổn định hơn đối tượng đang đo. Đồng hồ quang học đứng đầu chuỗi; phía dưới vẫn còn hệ thống phân phối thời gian, cảm biến, thuật toán và quy trình của từng máy.
Chuỗi hiệu chuẩn giúp các cơ sở duy trì cùng cách hiểu về một giây và phát hiện độ lệch của thiết bị kiểm tra. Chuẩn quang học hỗ trợ quy trình Superlative Chronometer, nhưng không thay thế thử nghiệm tư thế, dự trữ, lên cót, chống nước hay từ tính.
UTC không phải một chiếc đồng hồ duy nhất
UTC là thang thời gian tham chiếu quốc tế. Các viện đo lường và đài quan sát duy trì hiện thực riêng UTC(k), rồi gửi dữ liệu về BIPM. Nhiều loại đồng hồ được kết hợp thành Thời gian Nguyên tử Quốc tế TAI; UTC được suy ra từ TAI và duy trì liên hệ quy ước với chuyển động quay của Trái Đất.
Rolex vì thế không một mình “đặt giờ cho thế giới”. Theo hãng, máy Geneva đã đóng góp cho UTC; thiết bị tại METAS ở Wabern và tại Bienne sẽ tham gia mạng lưới hơn 450 đồng hồ. Tuyên bố về lần đầu đối với đồng hồ quang học cũng là thông tin do Rolex công bố.
Nó có làm Rolex trên cổ tay chính xác hơn?
Không, nếu hiểu rằng đồng hồ đeo tay nhận tín hiệu nguyên tử. Bánh lắc vẫn chịu tác động của tư thế, nhiệt độ, mô-men, va đập, từ trường và dầu bôi trơn. Chuẩn quang học giúp phép đo tại nhà máy đáng tin hơn; nó không thay bộ điều tốc cơ học.
Đó là dùng thước tốt hơn để kiểm tra chi tiết; đặc tính của chi tiết vẫn do thiết kế, lắp ráp và sử dụng quyết định. Không thể biến độ trôi của chuẩn quang học thành sai số hứa hẹn cho một chiếc Oyster.
Một bước gần hơn tới giây quang học
Giây SI vẫn dựa trên caesium-133, nhưng BIPM cho biết nhiều chuẩn quang học đã vượt các đồng hồ fountain caesium tốt nhất. Cộng đồng đang xem xét định nghĩa dựa trên một chuyển tiếp quang học hoặc một tổ hợp; thời điểm phê chuẩn sớm nhất trong lộ trình BIPM là năm 2030.
Rubidium của Rolex không mặc nhiên là ứng viên được chọn. Dự án đáng chú ý ở nỗ lực đưa chuẩn quang học ra khỏi thí nghiệm ngắn hạn, vận hành bền bỉ và nối với hạ tầng thời gian quốc tế.
Kết luận
Rolex Rubidium Atomic Optical Clock nối hai tầng thường cách xa nhau: chuyển tiếp nguyên tử, laser 385 THz và UTC ở một đầu; máy thử đồng hồ hoàn chỉnh ở đầu kia. Khi tách rõ tuyên bố Rolex, nghiên cứu CSEM và định nghĩa BIPM, dự án cho thấy nguyên tắc căn bản: muốn đo một giây tốt hơn, tham chiếu phải ổn định hơn chính vật đang được đo.
Đọc tiếp
- Rolex Ref. 5100 Beta 21: chiếc Rolex quartz đầu tiên
- Tiêu chuẩn chất lượng đồng hồ: cách đọc đúng
- Những cột mốc kỹ thuật trong lịch sử Rolex
Nguồn tham khảo
- Rolex — Beating to the pulse of the universe
- Rolex — Through the lens of time
- CSEM — Rolex Rubidium Optical Atomic Clock
- BIPM — SI base unit: second
- BIPM — Time metrology
- BIPM — FAQ concerning the redefinition of the second
- Gia Bảo — Rolex tại Watches and Wonders 2025
- Gia Bảo — Rolex Daytona 16520 Patrizzi
