Stejně jako ostatní veličiny je i druhá pouze relativním pojmem, který je založen na konvenci
V roce 1875 17 předních zemí té doby, mezikteré byly, včetně Rakouska-Uherska, Ruské a Osmanské říše, Francie, Německa, Spojených států a Brazílie, podepsaly Metrickou úmluvu - mezinárodní smlouvu, která zajišťuje jednotu etalonů měření v různých zemích. Pro vývoj jednotných principů a provádění referenčních měření vytvořily státy Mezinárodní úřad pro váhy a míry.
Na 27. konferenci o vahách a míráchZástupci různých zemí se shodli, že moderní definice druhého přestává splňovat požadovanou přesnost měření a vyžaduje revizi. Plán stanoví, že na příštím zasedání za čtyři roky budou muset země zvolit nový, přesnější referenční systém a změnit znění druhého.
První měření sekundy
Po staletí lidé měřili časrotace země. Od starých Egypťanů až po řecké astronomy a Babyloňany lidstvo postupně měnilo přesnost měření, která vyžadovala nové jednotky času, a s rozvojem techniky jejich sjednocování a synchronizaci.
Úplně první mechanické hodinky, které se objevily vXIV století, nebyly tam ani minuty. Číselníky byly děleny na poloviny, třetiny, čtvrtiny, někdy i na 12 částí hodiny, nikdy však na 60. První mechanické hodinky s minutkami se objevily koncem 16. století. Mechanické hodinky přitom na rozdíl od slunečních hodin, které ukazovaly zdánlivý čas, přešly na průměrný čas.
Faktem je, že oběžný pohyb Země kolem Slunce vede kZdánlivý sluneční čas používá čas mezi dvěma okamžiky, kdy je naše hvězda v zenitu, jako definici dne.V tomto případě se zlomkové části (hodiny a minuty) určují na základě pohybu Slunce.
Ve skutečnosti, když se měří na základěalternativní systémy, například počet pohybů kyvadla v mechanických hodinách, se ukazuje, že trvání takových dnů je různé. Délka slunečního dne se v průběhu roku mění a kumulativní efekt způsobuje sezónní odchylky až 16 minut od průměru.
První hodiny ukazující sekundy se objevily ve druhé polovině 16. století.Nejstarší známé jarní hodiny s ručičkou ukazující sekundy pocházejí z období kolem let 1560–1570.Současně se všechny první analogy vyznačovaly nedostatečnou přesností.
V roce 1656 holandský vědec Christiaan Huygensvynalezl první kyvadlové hodiny. Mělo kyvadlo jen necelý metr dlouhé, což mu dávalo jednu sekundu švihu, a spoušťový mechanismus, který tikal každou vteřinu. Předpokládá se, že to byly první hodinky, které dokázaly přesně ukazovat čas v sekundách.
Kapesní hodinky Henlein, začátek 16. století. Obrázek: Německé národní muzeum
Od zlomku dne po orbitální rotaci Země a atomová měření
Do konce 19. století přesnost měření sekunddosáhly takových výšek, že tvořily základ mezinárodního metrického systému ISS, který byl stanoven na Generální konferenci pro váhy a míry v roce 1889. Metr byl schválen jako základní jednotka délky, kilogram pro hmotnost a druhý pro čas. Ten byl definován jako 1/86400 průměrného slunečního dne.
Od oběhu Země kolem Sluncestabilnější než rotace planety kolem své osy, tato definice byla později změněna a vyjádřena v termínech zlomku roku: 1 ⁄ 31 556 925,9747 roku. Zároveň byla pro další snížení nejistoty použita efemeridní časová škála vypočítaná na základě polohy drah planet a hvězd v roce 1900.
V roce 1967, po desetiletích výzkumu,vědci opustili metodu rotace Země a předefinovali čas, místo toho měřili pohyby částic v atomu. Zejména současná definice používá k výpočtu vlastní frekvenční rezonanci cesia-133. Od tohoto okamžiku je druhá určena pevnou číselnou hodnotou frekvence vibrací atomu cesia.
Jak funguje atomový čas?
Rané atomové časové stupnice se skládaly zquartzové hodiny s frekvencemi kalibrovanými pouze pomocí atomových hodin. Jsou založeny na systému atomů, které mohou být v jednom ze dvou možných energetických stavů.
Skupina atomů v jednom stavu podléhámikrovlnného záření. Pokud má záření správnou frekvenci, řada atomů se přesune do jiného energetického stavu. Čím více se frekvence blíží přirozené vibrační frekvenci atomů, tím více atomů bude přepínat stavy.
To umožňuje velmi přesné ladění frekvence.mikrovlnného záření. Jakmile je mikrovlnné záření naladěno na známou frekvenci, může být použito jako generátor časování pro měření uplynulého času.
Mezinárodní atomový čas ječasově vážený průměr více než 450 atomových hodin ve více než 80 národních laboratořích po celém světě. Tento přístup nám umožňuje vyhnout se zkreslení souvisejícím s gravitační dilatací času.
Hodiny v různých institucích jsou pravidelně srovnáványnavzájem pomocí satelitní komunikace a GPS. Bureau International des Poids et Merures (BIPM, Francie) kombinuje tato měření k výpočtu retrospektivního váženého průměru, který tvoří nejstabilnější možnou časovou škálu.
První atomové hodiny na světě. Obrázek: National Physical Laboratory, Public domain, via Wikimedia Commons
Co chtějí změnit?
Další vývoj technologií umožňuje ještě vícedále zlepšit přesnost měření. Například jako alternativu ke klasickým cesiovým hodinám fyzici navrhují použití optických hodin. Tyto hodiny využívají vyšší frekvence „tikání“ prvků, jako je stroncium a ytterbium, což jim umožňuje rozdělit čas na ještě menší kousky.
Potíž zatím spočívá v tom, že úředníkčas nelze generovat pouze pomocí hodin. Metrologové musí zprůměrovat hodnoty stovek hodin po celém světě. U cesiových hodin lze čas přenášet pomocí mikrovlnných signálů, ale takové záření má příliš nízkou frekvenci na to, aby přeneslo tikání optických hodin.
Naopak přenos signálů vzduchem doOptické vlnové délky nejsou tak jednoduché jako vysílání mikrovln, protože molekuly ve vzduchu snadno absorbují světlo, což dramaticky snižuje sílu signálu. Turbulence navíc může nasměrovat laserový paprsek pryč od cíle.
Změny v tomto směru však jsoupokroku, například nedávno čínští vědci prezentovali výsledky své práce na synchronizaci optických hodin na vzdálenost 117 km. To je sedminásobek předchozího rekordu. Další vývoj v tomto směru pomůže zlepšit přesnost určení sekundy 100krát nebo více.
Rozhodnutím Konference pro míry a váhyúčastníci jsou vyzýváni, aby pokračovali ve vývoji alternativních metod měření a synchronizace času. Na jejich základě budou do příštího jednání v roce 2026 formulovány návrhy nového standardu a přechodného období.
Ytterbiové optické atomové hodiny. Obrázek: NIST
Skočit jako druhý
Jestli je to ještě otázka nového standardumalá nejistota, pak je konečně přijata další změna, která ovlivní prozatímní normy. Již v roce 2035 by měl svět opustit přestupné sekundy.
Jde o to, že při přechodu na přesné měřeníčasu založeného na atomových hodinách vědci zjistili, že průměrný den se nerovná 86 400 standardním sekundám. Rozdíl je jen několik milisekund, ale postupem času se kumuluje.
Řešením byly přestupné sekundy:Koncem prosince nebo června byly ad hoc aplikovány jednosekundové opravy. Změny byly naplánovány tak, aby se zajistilo, že systém měření času, který používáme, koordinovaný světový čas (UTC), se nikdy nebude lišit o více než 0,9 sekundy od atomového času.
Protože takové změny byly jednorázovécharakter, "přestupné" sekundy způsobily velké potíže pro software, energii a satelitní systémy. Za prvé, je těžké přesně předpovědět, kdy je potřeba další přestupná vteřina, takže vývojáři programů se nemohou připravit na řádné a pravidelné vkládání. Proto různé sítě vyvinuly své vlastní nekonzistentní metody pro zahrnutí přestupné sekundy.
Navíc moderní globální výpočetní technikasystémy se staly těsněji propojeny a více závislé na superpřesném načasování, někdy až na miliardtiny sekundy. Přidání sekundy navíc zvyšuje riziko, že systémy odpovědné za telekomunikační sítě, přenos energie, finanční transakce a další životně důležité podniky selžou nebo se nepodaří synchronizovat.
Aby se tomuto problému vyhnuli, vědci přijalirozhodnutí o postupném vyřazení těchto vložek od roku 2035. Od roku 1972, za posledních 50 let, byl rozdíl mezi UTC a mezinárodním atomovým časem pouze 37 s, přičemž 10 s bylo přidáno okamžitě a dalších 27 s bylo přidáno později. Vědci navrhují opravit rozdíl, který se nahromadí do roku 2035, a neměnit jej po dobu nejméně 100 let.
Přečtěte si více:
Na Zemi se chystá zasáhnout magnetická bouře
Je odhalen skutečný význam mumifikace: celou tu dobu se vědci mýlili
Pojmenováno hlavní nebezpečí lunární mise "Artemis"