{"id":6012,"date":"2022-05-18T14:20:19","date_gmt":"2022-05-18T14:20:19","guid":{"rendered":"https:\/\/www.betrisey.ch\/chronolithe-technique"},"modified":"2025-03-09T09:59:33","modified_gmt":"2025-03-09T09:59:33","slug":"chronolithe-technique","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/www.betrisey.ch\/de\/chronolithe-technique","title":{"rendered":"Der Chronolith (Technik)"},"content":{"rendered":"\n\n

Kann ein 4 kg schweres Pendel allein durch die Kraft des Lichts bewegt werden? Und wenn ja, kann man daraus eine Uhr machen? Um diese Frage zu beantworten, habe ich diese Uhr entwickelt, die so anders ist als alle anderen. Das Pendel schwingt im Sekundentakt und zwei Lampen auf beiden Seiten des Pendels leuchten abwechselnd auf, wodurch das Pendel jedes Mal „angetrieben“ wird. Das Funktionsprinzip des Pendels wurde 1873 von Sir William Crookes entdeckt. Die R\u00f6hre dient nicht nur als Motor f\u00fcr die Unruh, sondern auch als Bremse, indem sie die Amplitude der Unruh in einem sehr genauen Bereich reguliert. Im Inneren der R\u00f6hre herrscht ein Luftvakuum mit einem Unterdruck von etwa 0,01 bar. Das Anlaufen der Unruh erfolgt \u00fcber einen Magneten, den man in die N\u00e4he des Glases legt. Die Feineinstellung der Zeitbasis erfolgt von au\u00dfen, indem die 4 Planetengewichte mithilfe desselben Magneten um die Unruhkugel gedreht werden. Dadurch entf\u00e4llt die Notwendigkeit, f\u00fcr jede Einstellung Luft einzuf\u00fcllen, die Uhr auseinanderzunehmen und die Luft wieder einzuf\u00fcllen. Die Uhr besteht also aus einer Glasr\u00f6hre, einem Pendel, zwei Zellen (einfache Glimmerfolien), zwei Relais und einer Quarzuhr, aus der der Quarz entfernt wurde. Das ist alles. Die gesamte Uhr ist ohne Schrauben und Bolzen montiert und wird nur durch die Kraft des atmosph\u00e4rischen Drucks zusammengehalten. Um sie auseinanderzunehmen, muss man nur Luft in die R\u00f6hre lassen.<\/p>\n\n\n\n\n\n

Die Idee zu dieser Uhr kam mir im April 2001, das Material wurde im Mai bestellt und der allererste Versuch begann am Mittwoch, dem 7. November. Der Moment war entscheidend: Wenn der Test zeigte, dass das System nicht funktionieren konnte, hatte ich eine Glasr\u00f6hre und eine gro\u00dfe Vakuumpumpe am Hals. Der erste Prototyp war eine aufgeh\u00e4ngte Boccia-Kugel und ein unglaublicher Haufen aus 30 Glimmerfolien (einfache Transistorisolierungen), die auf einer Seite mit Kerzenrauch geschw\u00e4rzt waren. Ein Sensor wurde an der Au\u00dfenseite der Glasr\u00f6hre befestigt, ich machte ein Vakuum und lie\u00df das Pendel gegen 16 Uhr schlagen. Da es eine gute Stunde dauert, bis sich das Pendel stabilisiert hat, ging ich etwas trinken und wartete auf die Ergebnisse. Als ich zur\u00fcckkam, bewegte sich das Pendel immer noch. Da ich mir nicht sicher war, ob es dies aus eigener Tr\u00e4gheit tat, ging ich wieder etwas trinken. Um 19 Uhr schlug das Pendel immer noch aus und die Amplitude war konstant, also ging ich zum Feiern zur\u00fcck. Um 22 Uhr ging die Uhr immer noch, ich aber nicht mehr so gut…<\/em><\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n\n\n

Die Uhr besteht aus einer Pyrexglasr\u00f6hre (Durchmesser 190 mm, Dicke 8 mm), die auf einem Quarzitblock sitzt, der mit Epoxydharz impr\u00e4gniert ist, damit er luftundurchl\u00e4ssig ist. Die gro\u00dfe Kugel, die auf dem Foto zu sehen ist, ist das Zifferblatt mit Stunden- und Sekundenzeiger. Sie wurde dann im Januar aus \u00e4sthetischen Gr\u00fcnden gegen eine kleinere ausgetauscht.<\/p>\n\n\n\n\n\n

Die ersten Tests zeigten eine unglaubliche Zuverl\u00e4ssigkeit. Die Zeitverz\u00f6gerung lag bei etwa 2 Sekunden pro Monat.
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„Dies ist die siebte und endg\u00fcltige Version des Motors. Die Entwicklung war langsam, da es jedes Mal mindestens drei Stunden dauert, bis die Unruh nach dem ersten Impuls ihre Reiseamplitude erreicht hat. Zuerst musste man am Grad des Luftunterdrucks arbeiten, dann an der Form des Motors, um den gr\u00f6\u00dftm\u00f6glichen Gewinn zu erzielen. (Man muss sich klarmachen, dass die Uhr nicht funktionieren kann, wenn ein halber Fingerhut voll Luft hineinkommt…) Als das geschafft war, begann ich, die Leistung der Gl\u00fchbirnen von 35 Watt auf nur noch 5 Watt zu senken. Damit sollte ihre Lebensdauer 32.000 Stunden betragen, was etwas weniger als 4 Jahren entspricht.<\/em><\/p>\n\n\n\n\n\n

Diese Uhr ist „organisch“, weil sie sich an ung\u00fcnstige physikalische Umst\u00e4nde anpasst, um ihre Genauigkeit zu bewahren: Sie gleicht von selbst alles aus, was die Amplitude der Unruh schwanken lassen k\u00f6nnte.<\/strong> Ich erkl\u00e4re es mir so: Angenommen, die Leistung der Lampen steigt. Die Amplitude wird automatisch mitwachsen. Das bedeutet, dass das Pendel mit mehr Geschwindigkeit vor dem Sensor ankommt, was die Halogenlampe fr\u00fcher einschaltet, was wiederum… wird das Pendel einige millionstel Sekunden lang abbremsen und dann wie gewohnt anschieben.<\/em><\/p>\n\n\n\n\n\n

(19. Dezember 2001)<\/strong> Die letzten Tage verbrachte ich vor allem damit, den Isochronismus des Pendels in Bezug auf den Druck im Inneren der R\u00f6hre zu verfeinern. Da es jedoch an meiner Werkbank befestigt ist, f\u00fchrt jede meiner Bewegungen zu St\u00f6rungen von bis zu 150 Millionstelsekunden, was sich in Spitzenwerten auf dem Bildschirm des Messcomputers niederschl\u00e4gt. Es ist daher unm\u00f6glich geworden, auf diese Weise l\u00e4nger zu arbeiten. Ich werde ihn dann morgen an der Wand in der N\u00e4he des Schaufensters befestigen, damit diese Uhr so stabil wie m\u00f6glich ist. Und die Genauigkeitstests k\u00f6nnen auf einer besseren Grundlage fortgesetzt werden…<\/p>\n\n\n\n\n\n

(30. Dezember 2001)<\/strong> Die Genauigkeitstests haben begonnen. Erste Erkenntnis: Es ist sehr einfach, die L\u00e4nge des Pendels mit Magneten zu verstellen. Zweite Feststellung: Die Uhr ist extrem genau. Es gibt keine st\u00f6renden Wellen oder unverst\u00e4ndliche Schwankungen. Die derzeitigen Schwankungen des Luftdrucks in der R\u00f6hre f\u00fchren zu Schwankungen von nicht mehr als 5 Millionstel Sekunden pro Schlag. (Diese Schwankungen werden bei der endg\u00fcltigen Montage der R\u00f6hre, die derzeit einige Verluste aufweist, verschwinden. Ich muss die Vakuumpumpe alle 9 Stunden einschalten, sonst bleibt die Uhr stehen…) Meine derzeitigen kleinen Sorgen r\u00fchren daher, wie ich durch die R\u00f6hre messen kann, die immerhin 16 mm aus Pyrexglas besteht. Da die Reflexionen des Messlaserstrahls zuf\u00e4llige Ungenauigkeiten verursachen, habe ich meine Messungen direkt an einer der Lampen vorgenommen. Jede einzelne Messung kann bis zu 8 Sekunden pro Tag instabil sein, aber ihr Mittelwert ist sehr zuverl\u00e4ssig. Im folgenden Beispiel, das \u00fcber 4,9 Stunden aufgenommen wurde, k\u00f6nnen wir die Stabilit\u00e4t aller Messungen bewundern: 1,9 Sekunden Abweichung pro Monat. Diese Messung wurde in der Zwischenzeit durch weitere Stichproben \u00fcber einen viel l\u00e4ngeren Zeitraum best\u00e4tigt. Diese Uhr ist also die genaueste aller Uhren, die ich je gebaut habe! Und so wurde das, was als einfache Herausforderung begonnen hatte (ein Pendel zu bauen, das nur durch die Kraft des Lichts angetrieben wird), zu einer Belohnung. Das Abenteuer geht weiter…<\/p>\n\n\n\n

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(4,9-Stunden-Muster. 0,0000007 Sekunden Verz\u00f6gerung pro Pendelschlag. Das bedeutet 1.9 Sekunden pro Monat)<\/p>\n\n\n\n\n\n

(20. Januar 2002)<\/strong> Ich erhielt eine neue Vakuumpumpe und ein leistungsf\u00e4higeres Ger\u00e4t zur Messung und Regulierung des Luftvakuums. Das bedeutet, dass die Uhr gegen Ende dieser Woche in einer optimalen Konfiguration laufen wird… Bleiben Sie dran!<\/p>\n\n\n\n\n\n

(28. Januar 2002)<\/strong> Alle Tests in dieser Woche betrafen die Tests der Zeitfluktuation bei verschiedenen Luftdr\u00fccken. Die Ergebnisse sind atemberaubend. Hier sind einige Fakten.<\/p>\n\n\n\n\n\n

– Das Halogenlicht bewegt das Pendel bei einem Unterdruck von 6 X 10 hoch -1 bar.<\/p>\n\n\n\n\n\n

– Es bewegt es auch noch bei 1,4 x 10 hoch – 2 bar (maximale Leistung meiner Pumpe)<\/p>\n\n\n\n\n\n

– Innerhalb dieser beiden Werte konnten keine nennenswerten Unterschiede in der Genauigkeit oder Schwankungen im Gang des Pendels festgestellt werden!<\/p>\n\n\n\n\n\n

– Eine Einstellung der Planeten um ein halbes Grad f\u00fchrt zu einer Abweichung von etwa 0,0000007 Sekunden pro Schlag, d. h. etwa 1 Sekunde pro Monat.<\/p>\n\n\n\n\n\n

– Die Temperaturunterschiede in der Werkstatt (ein Temperaturanstieg von etwa 4\u00b0 w\u00e4hrend dieser Woche) scheinen keinen Einfluss auf den Gang der Unruh zu haben. Das erstaunt mich sehr, denn das sollten sie. Diese Tatsache ist wahrscheinlich auf die interne Selbstregulierung des Isochronismus zur\u00fcckzuf\u00fchren, aber das muss noch best\u00e4tigt werden.<\/p>\n\n\n\n\n\n

(29. Januar 2001) <\/strong>Heute Morgen war ich verbl\u00fcfft: W\u00e4hrend die Pr\u00e4zisionsgrafiken immer flach waren, entdeckte ich…<\/p>\n\n\n\n

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regelm\u00e4\u00dfige und unverst\u00e4ndliche Spitzen, die 12 Stunden zuvor begonnen haben und alle 2 Minuten auftreten. Die Unruh beschleunigt sich auf 1,99500 Sekunden und kehrt dann langsam zu ihrem Normalwert zur\u00fcck. Die Gesamtzeit f\u00fcr jede St\u00f6rung betr\u00e4gt 22 Sekunden. Das Problem war schnell gel\u00f6st: Die Basis der Uhr hatte sich \u00fcber Nacht bewegt und das Pendel ber\u00fchrte alle zwei Minuten die Glaswand. Ich stellte die Uhr wieder an ihren Platz und alles war wieder in Ordnung. Aber die so entstandene Grafik zeigte etwas viel Wichtigeres: den konstanten „Druck“ auf das Pendel. W\u00e4ren die Spitzen unregelm\u00e4\u00dfiger angeordnet gewesen, h\u00e4tte dies bedeutet, dass der „Druck“ nicht konstant ist und somit zu Ungenauigkeiten f\u00fchrt. Dies ist jedoch nicht der Fall.<\/p>\n\n\n\n\n\n

(3. Februar 2002)<\/strong> Die Tests der n\u00e4chsten zwei Wochen werden sich auf die Genauigkeit in Abh\u00e4ngigkeit von der Temperatur, dem Licht und dem Grad der Depression beziehen. So sieht der arme Chronolith in seiner Folterkammer aus. Der Stein wurde abmontiert, das Zifferblatt entfernt und eine Vielzahl von Sensoren und Lasern zeichnen alle Parameter auf…<\/p>\n\n\n\n

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(8. M\u00e4rz 2002)<\/strong> Die Arbeiten schreiten voran und der Chronolith hat endlich seine endg\u00fcltige Form gefunden. <\/p>\n\n\n\n

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(24. M\u00e4rz 2002) <\/strong>Lassen Sie uns nun \u00fcber die M\u00e4ngel dieser Uhr sprechen, denn sie sind weitaus interessanter und lehrreicher als ihre Vorz\u00fcge. Was passiert zum Beispiel, wenn eine Gl\u00fchbirne ausgeht? Und wie wirkt sich die Abnutzung der Lampen auf die Amplitude des Pendels aus? Da der radiometrische Effekt stark von der St\u00e4rke des Lichts abh\u00e4ngt, m\u00fcsste das Pendel sofort langsamer gehen. Aber die Uhr korrigiert sich selbst stark. Das folgende Bild zeigt dies genau. Bis zur Mitte des unteren Bildes ist eine der Gl\u00fchbirnen maskiert, was 25 % weniger Leistung bedeutet. Danach nehme ich die Maske ab. Dann sieht man, wie die Kurve um etwa 5 Millionstel Sekunden pro Schlag ansteigt, was weniger als 0,5 Sekunden pro Tag entspricht. Es wird also sehr einfach sein, eine m\u00f6gliche zeitliche Drift auszugleichen, indem man die Spannung an den Lampen ver\u00e4ndert. Dies hat denselben Effekt wie das Drehen der Gewichte, aber ohne dass das Pendel angehalten werden muss.<\/p>\n\n\n\n

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Diese Probe wurde mit einer Lampenspannung von 7,3 Volt und einem Vakuum von 2,7 X 10 hoch -1 Millibar aufgenommen. Es ist ein Laser, der die Durchg\u00e4nge des Pendels durch die Glasr\u00f6hre misst. Wir k\u00f6nnen zuf\u00e4llige Schwankungen zwischen den einzelnen Proben sehen, die bis zu 20 Millionstel Sekunden betragen k\u00f6nnen. Es ist sehr wichtig zu wissen, woher diese Schwankungen kommen. Sie sind nicht auf Unterschiede in der St\u00e4rke des radiometrischen Effekts zur\u00fcckzuf\u00fchren, wie man auf den ersten Blick annehmen k\u00f6nnte. Nein, sie sind auf die Art und Weise zur\u00fcckzuf\u00fchren, wie der Chronolith urspr\u00fcnglich konstruiert wurde. Denn die Sensoren, die den Lauf der Unruh registrieren, sind Infrarotsensoren, deren Strahl von einem R\u00fcckstrahler auf der Unruh reflektiert wird. Und sie sind \u00fcberhaupt nicht genau. Wenn ich mein Messger\u00e4t direkt auf die Ausg\u00e4nge der Zellen lege, erhalte ich folgendes Ergebnis, wenn ich es auf die gleiche Skala einstelle…<\/p>\n\n\n\n

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Wir sehen hier, wie ein Zufallsgenerator mit Zufallszahlen zwischen 1,999300 und 2,000700 eine sehr genaue Uhr antreibt. Wir sehen auch sehr deutlich, welche Korrekturen bei der n\u00e4chsten vorgenommen werden. Man muss nur die Infrarotsensoren durch andere Laser ersetzen. Die \u00c4sthetik des Chronolithen w\u00fcrde darunter leiden, wenn ich ihn damit ausstattete. Das war ja auch das Schwierigste w\u00e4hrend der gesamten Bauzeit. Es w\u00e4re so viel einfacher gewesen, eine gr\u00f6\u00dfere R\u00f6hre zu nehmen, den Stein zu entfernen und die Probleme mit der Wasserdichtigkeit zu vermeiden… aber nein: Der Chronolith ist jetzt so, wie ich ihn haben wollte, koh\u00e4rent, fertig und wie aus einem Guss.
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Das Pendel<\/p>\n\n\n\n\n\n

(21. April 2002) <\/strong>Der Chronolith ist immer noch in der Testphase. In diesen Tagen lasse ich ihn langsam ersticken, indem ich Luft einstr\u00f6men lasse, w\u00e4hrend der Kontrollcomputer alle Parameter aufzeichnet. Er schafft es immer noch, die Unruh mit einem Druck von 8,5 X 10 hoch-1 Millibar zu dr\u00fccken. Zu den weiteren Tests, die derzeit durchgef\u00fchrt werden, geh\u00f6ren Zeiten in der prallen Sonne, um seine F\u00e4higkeit zur Selbstkompensation zu bewerten. Oder die Tr\u00e4gheitstests und die Tests der Motorverst\u00e4rkung… Diese Tests sollen noch einen Monat dauern, bis m\u00f6glichst viele Erkenntnisse gewonnen sind, dann wird die Uhr f\u00fcr einige Zeit im Internationalen Uhrenmuseum in La Chaux de Fonds ausgestellt.<\/p>\n\n\n\n\n\n

(1. Juli 2002) <\/strong>Der Chronolith gewann den ersten Preis beim internationalen Wettbewerb der Kinetic Art Organisation (Miami) in der Kategorie „Engineering Ingenuity“.<\/p>\n\n\n\n\n\n

(23. September 2002)<\/strong> Der Chronolith ist am Eingang des Mus\u00e9e International d’Horlogerie in La-Chaux-de-Fonds aufgestellt.<\/p>\n\n\n\n

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\"\"\/<\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n\n

Und wenn Sie neugierig auf ein bislang ungel\u00f6stes physikalisches Problem sind, das der Chronolith aufgeworfen hat, dann ist das jetzt der Fall. Diese Zeilen in englischer Sprache werden nur f\u00fcr Wissenschaftler interessant sein.<\/p>\n\n\n\n\n\n


There is an still unsolved question about the Chronolith.<\/strong> Werfen Sie einen Blick auf das untenstehende Diagramm<\/strong>…
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Ein Laserstrahl wird jede Sekunde durch den Lauf des Pendels geschnitten. Mein Computer ist so eingestellt, dass er die Gesamtzeit f\u00fcr 10 Schw\u00fcnge erfasst und die Durchschnittszeit f\u00fcr einen Schwung in einer Datendatei aufzeichnet. Im obigen Bild ist die Mitte des Bildes auf eine Sekunde eingestellt und die grauen Skalenintervalle sind auf 0,000050 Sekunden eingestellt.<\/p>\n\n\n\n\n\n

Horologen suchen immer nach der flachsten Linie. Eine h\u00f6here Linie sagt uns, dass die Uhr zu schnell l\u00e4uft, und eine niedrigere zeigt, dass der Schlag des Pendels zu langsam ist. Die obige Grafik sieht einigerma\u00dfen gut aus, aber die Software plottet nicht alle Punkte. Ein detaillierterer Blick auf die Daten mithilfe von Microsoft Excel ist wesentlich interessanter. Eine gro\u00dfe (5 MB) Excel-Datei mit viel mehr Details der aufgezeichneten Daten kann auf Wunsch heruntergeladen werden.<\/p>\n\n\n\n\n\n

Diese Ansicht der Chronolith-Daten zeigt deutlich, dass das Pendel manchmal um 0,000020 Sekunden zu schnell und kurz danach<\/strong> um etwa 0,000020<\/strong> Sekunden<\/strong> zu langsam<\/strong> ist .<\/strong> Warum ist das so? Das Histogramm unten zeigt die Verteilung der gemessenen Zeitintervalle.<\/p>\n\n\n\n\n\n


Das Histogramm wurde von Bob Holmstrom berechnet<\/p>\n\n\n\n\n\n

Das kann kein Gl\u00fcck sein. Das einzige, was ich wei\u00df, ist, dass dieser Umstand immer h\u00e4ufiger auftritt, wenn der Luftdruck im Rohr steigt. Wenn ich langsam etwas Luft in die Pfeife eindringen lasse, bis der radiometrische Effekt ausl\u00e4uft, k\u00f6nnen wir sehen, dass die
st\u00f6rungen in einem gr\u00f6\u00dferen Bereich immer h\u00e4ufiger auftreten, bis das Pendel stoppt.<\/p>\n\n\n\n\n\n


Von Bob Holmstrom berechnetes Histogramm<\/p>\n\n\n\n\n\n

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Die Frage, warum wir diese Art von Ph\u00e4nomenen sehen k\u00f6nnen, wurde bislang noch nicht beantwortet.

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