Die genaueste Uhr

[Spocky]

Da es im Harald Lesch Thread gerade um fragen an ihn geht, stell ich hier mal die, die ich damals an ihn hatte, aber worauf ich nie eine Antwort erhalten habe - außer dem, was ich mir selbst überlegt hab:

Man sagt ja, dass Pulsare die genauesten Uhren im Universum darstellen, noch genauer, als Atomuhren.

Wie genau ermittelt man das denn, wenn einem zur Messung nur andere Uhren zur Verfügung stehen?

Wie ermittelt man bei zwei Uhren, welche genauer geht? Man ermittelt ja entweder nur die Ungenauigkeit der einen oder man misst mit der Ungenauigkeit derselben. Wer sagt einem jetzt, ob man einen Fehler misst oder mit einem Fehler?

Man kann das ganze ja auch nicht über mehrere Versuche verteilen, weil diese ja nicht parallel ablaufen können, sondern nur in zeitlicher Abfolge und das wiederum bedeutet, man muss mit einer ungenauen Uhr messen. Ein Teufelskreis!

Wie gesagt, ich hab selbst eine Idee versucht zu entwickeln, lass die aber erst noch weg, damit nicht nur Antworten kommen, die sich an meinem Vorschlag orientieren. Vielleicht kennt ja auch wer die Lösung.

[FirstBorg]

Interessante Fragestellung. Ich versuch dir mal zu Antworten.
Also, ich weiss zwar nicht warum ein Pulsar genauer als eine Atomuhr sein soll, aber prinzipiell kann man die Zeit messen ohne eine Uhr zu benutzen.
Man nimmt sich etwas, z.b ein paar Cäsiumatome die bei einer bestimmten Anregung bestimmte Wellen aussenden. Diese Wellen kann man nun vermessen. Z.B. Wellenlänge vermessen. Daraus kennt man die Frequenz anhand der Lichtgeschwindigkeit, Nun kennt man die Frequenz, und kann die Schwingungen zählen die die Welle ausführen. Aus der Frequenz kennt man die Periodendauer und so kann man eine Sekunde definieren. Bei einer Cäsium Atomuhr ist das dann auch so das eine Sekunde definiert ist, als eine gewisse Zahl an Schwingungen die ausgeführt werden.

[Spocky]

So, wie du das schilderst, ist der Zerfall der Cäsiumatome die genaueste Uhr, oder besser gesagt die EM-Wellen, die dabei ausgesandt werden. Und womit misst man die Frequenz? Wieder mit einer Uhr.

Wir stehen also wieder am Anfang, würde ich sagen...

[FirstBorg]

Nein.
Man kann die Wellenlänge anhand eines Lasers messen. und da man die Lichtgeschwindigkeit recht genau kennt, kann man daraus die Frequenz errechnen. Bei diesen Vorgängen ist keine Uhr anwesend.

[i_make_it]

Sorry auch der Laser ist nicht wirklich genau.
Ein Laser ist zwar monochomatisch und koherent aber im mikroskopischem Bereich nicht wirklich Frequenzstabil.
Alleine der unterschied zwichem einem normalem 5mW He-Ne Laser und einem der Frequenzstabilisiert ist, beträgt ca. 350€ zu 12.000€ und ich bin bei einem für Laserinterferometer, die sind dann auf 0,1µm genau. Was noch weit jenseits von der benötigten Genauigkeit um Atomschwingungen zu messen. Der Aufwand bei der PTB ist da imens.
Mit dem ein Photon Laser wird das zwar besser, aber da kommt ja schon wieder der olle Heisenberg in den weg.
Mein letzter Kenntnisstand ist das der Sensor die Wellenlänge durchaus beinflussen kann. War glaube ich 2006 in Spektrum der Wissenschaft.

Unbestritten ist das die Methode in der Theorie eine fast absolute genauigkeit zulässt. Abgesehen von Schwankungen der Raumzeit.

[Spocky]

@ FB: In dem Fall wäre dann einfach der Laser die Uhr, was ebenfalls wieder das Problem neu startet. Wie i_make_it es zeigt, sind aber auch leider Laser nicht ganz frequenzstabil und somit ebenfalls nur ungenaue Uhren.

Meine Überlegungen gingen dahin, dass ein Pulsar als relativ makroskopisches Objekt weniger anfällig ist für Störungen, aber ich denke nicht, dass das ein wissenschaftlicher Beweis ist

[Floore]

Man kann ziemlich gut vorhersagen, mit welcher Frequenz das Cäsium-Atom zu schwingen hat, theoretisch zumindest. Die Abweichung zwischen Theorie und Praxis ist die Ungenauigkeit...
Aber irgendwie stimmt es schon, man bräuchte eine Referenzuhr...hmmm...
Zeit ist eben relativ (ok, ok, der war schlecht)

The Sounds of Pulsars
(Toll ist der letzte)

Ich meine mal gelesen zu haben, dass einige Leute in der Tat darüber nachgedacht haben, die Zeit an ein paar duzend Millisekundenpulsaren zu eichen. Was daraus geworden ist weiß ich aber nicht.

[i_make_it]

Verlieren Pulsare nicht auch Rotationsenergie?

Durch die Eigenstabilität dynamischer System dürfte die kurzzeitige frequenzstabilität extrem genau sein, aber wie sieht das den im Zeitraum von sagen wir mal 100 Jahren aus.
Und wer sagt uns das die Rotverschiebung tatsächlich konstant ist/bleibt.
Wie sähe es aus wenn sich ein schwarzes Loch in die nähe der Sichtline bewegt?

Ohne unken zu wollen aber so ein weit entferntes Objekt wie ein Pulsar als Refferenz bietet meiner Meinung nach zu viele nicht kontrollierbare Störgrößen für die "Genaueste Uhr".
Außerdem ist dann unsere Refferenz die Raumzeit der dortigen Region?
Da die Schwerkraft die Raumzeit krümmt, sind ja unterschiedliche örtliche Zeitabläufe möglich.
Die genaueste Uhr für die Erde muß sich also zwangsweise bei uns refferenzieren.
Wobei Die Relativitätstheorie ja eine absolut genaue Uhr ausschließt.
Wir können also bedingt durch die Natur des Universums die Zeit nur bedingt genau messen. Da wir nicht merken wenn sich unsere Raumzeit ändert.
Ein beobachter sähe den Unterschied, könnte aber nicht sagen ob sich seine Raumzeit oder unsere ändert.

Aber irgendwie stimmt es schon, man bräuchte eine Referenzuhr...hmmm...
Zeit ist eben relativ (ok, ok, der war schlecht)

Aber wahr!!!

[EREIGNISHORIZONT]

Interessante Frage!

Ich muss mal ganz naiv was fragen.

Die Pulsare sind doch Himmelskörper, also damit auch den Gravitationskräften unterworfen, richtig?
Wenn nun ein Pulsar von einem anderen massereichen Objekt "gestört" wird, was ist dann mit der Genauigkeit?

Generell auch die Frage, die Garavitationsenerg8ie an sich, kann diese auch eine Rolle bei der genauesten Messung der Zeit spielen?

[Floore]

Die Pulsare sind doch Himmelskörper, also domit auch den Gravitationskräften unterworfen, richtig?
Wenn un ein Pulsar von einem anderen massereichen Objekt "gestört" wird, was ist dann mit der Genauigkeit?

Richtig, Pulsare werden durch andere Objekte gestört, aber gerade dadurch bieten sie ein einzigartiges Instrument um die Gravitation zu erforschen. Man geht davon aus, dass ein ungestörter Pulsar auch eine absolut gleichmäßige Rotation besitzt. Ist das nicht der Fall, z.B. wenn er sich in einem System mit anderen massereichen Partnern befindet, so kann man durch die Varianz in der Rotation viel über die Gravitation und Raum-Zeit-Effekte herausfinden.

Für eine Uhr käme natürlich nur ein ungestörter Pulsar in Frage.