Ligesom andre mængder er den anden blot et relativt begreb, der er baseret på en aftale om
I 1875 var 17 førende lande fra den tid, bl.asom var, herunder, Østrig-Ungarn, det russiske og osmanniske imperium, Frankrig, Tyskland, USA og Brasilien, underskrev den metriske konvention - en international traktat, der sikrer enhed af målestandarder i forskellige lande. For at udvikle ensartede principper og udføre referencemålinger oprettede stater International Bureau of Weights and Measures.
Ved den 27. konference om vægt og målRepræsentanter for forskellige lande var enige om, at den moderne definition af den anden ophører med at opfylde den nødvendige nøjagtighed af målinger og kræver revision. Køreplanen bestemmer, at landene på det næste møde om fire år skal vælge et nyt, mere præcist referencesystem og ændre ordlyden af det andet.
Første målinger på et sekund
I århundreder har folk målt tiden efterjordens rotation. Fra de gamle egyptere til de græske astronomer og babyloniere ændrede menneskeheden gradvist nøjagtigheden af målingerne, hvilket krævede nye tidsenheder, og med udviklingen af teknologi, deres forening og synkronisering.
De allerførste mekaniske ure, der dukkede op iXIV århundrede, var der ikke engang minutter. Urskivene blev opdelt i halvdele, tredjedele, kvarte og nogle gange endda i 12 dele af en time, men aldrig i 60. De første mekaniske ure, der viste minutter, dukkede op mod slutningen af det 16. århundrede. Samtidig skiftede mekaniske ure til gennemsnitstid, i modsætning til solur, der viste tilsyneladende tid.
Faktum er, at Jordens orbitale bevægelse rundtSolen fører til ujævn længde af dagen. Tilsyneladende soltid bruger tiden mellem de to gange, vores stjerne er i zenit som sin definition af dag. I dette tilfælde bestemmes brøkdele (timer og minutter) ud fra Solens bevægelse.
Faktisk når det måles ud fraalternative systemer, for eksempel antallet af bevægelser af pendulet i et mekanisk ur, viser det sig, at varigheden af sådanne dage er anderledes. Længden af en soldag varierer hen over året, og den kumulative effekt forårsager sæsonmæssige afvigelser på op til 16 minutter fra gennemsnittet.
De første ure, der viser sekunder, dukkede opanden halvdel af det 16. århundrede. Tidligst kendte forårsur med sekundviser: dateret til omkring 1560-1570. Samtidig var alle de første analoger ikke tilstrækkelig nøjagtige.
I 1656, den hollandske videnskabsmand Christiaan Huygensopfandt det første pendulur. Den havde et pendul på knap en meter lang, hvilket gav den et sving på et sekund, og en udløsermekanisme, der tikkede hvert sekund. Det menes, at dette var det første ur, der nøjagtigt kunne vise tiden i sekunder.
Henlein lommeur, begyndelsen af det 16. århundrede. Billede: Germanisches National Museum
Fra en brøkdel af en dag til Jordens kredsløbsrotation og atomare målinger
Ved slutningen af det 19. århundrede, nøjagtigheden af at måle sekunderдостигла таких высот, что именно они легли в основу международной метрической системы МКС, которая была закреплена Генеральной конференцией по мерам и весам в 1889 года. В качестве базовой единицы длины был утвержден метр, веса — килограмм, а времени — секунда. При этом последняя была определена как 1/86400 доля среднего солнечного дня.
Siden Jordens kredsløb om Solenmere stabil end en planets rotation omkring sin akse, blev denne definition senere ændret og udtrykt som en brøkdel af et år: 1⁄ 31.556.925.9747 af et år. For at reducere usikkerheden yderligere blev der samtidig brugt en efemerisk tidsskala, beregnet ud fra positionen af planeters og stjerners kredsløb i 1900.
I 1967, efter årtiers forskning,forskere opgav Jordens rotationsmetode og omdefinerede tid, i stedet for at måle partiklernes bevægelser inden for et atom. Især bruger den nuværende definition den naturlige frekvensresonans af cæsium-133 til at beregne. Fra det øjeblik er den anden bestemt af en fast numerisk værdi af frekvensen af vibrationer af cæsiumatomet.
Hvordan fungerer atomtid?
Tidlige atomare tidsskalaer bestod afkvartsure med frekvenser kalibreret ved hjælp af atomure alene. De er baseret på et system af atomer, der kan være i en af to mulige energitilstande.
En gruppe atomer i én tilstand gennemgårmikrobølgestråling. Hvis strålingen har den rigtige frekvens, vil en række atomer flytte til en anden energitilstand. Jo tættere frekvensen er på atomernes naturlige vibrationsfrekvens, jo flere atomer vil skifte tilstand.
Dette muliggør en meget præcis frekvensindstilling.mikrobølgestråling. Når først mikrobølgestrålingen er indstillet til en kendt frekvens, kan den bruges som en timinggenerator til at måle forløbet tid.
International Atomtid eret tidsvægtet gennemsnit på mere end 450 atomure i mere end 80 nationale laboratorier rundt om i verden. Denne tilgang giver os mulighed for at undgå forvrængninger forbundet med gravitationstidsudvidelse.
Timer i forskellige institutioner sammenlignes jævnligtmed hinanden ved hjælp af satellitkommunikation og GPS. Bureau International des Poids et Mesures (BIPM, Frankrig) kombinerer disse målinger for at beregne et retrospektivt vægtet gennemsnit, der danner den mest stabile mulige tidsskala.
Verdens første atomur. Billede: National Physical Laboratory, Public domain, via Wikimedia Commons
Hvad vil de ændre?
Videreudvikling af teknologien tillader endnu mereforbedre målenøjagtigheden yderligere. For eksempel, som et alternativ til det klassiske cæsiumur, foreslår fysikere at bruge et optisk ur. Disse ure bruger den højere frekvens "tikken" af elementer som strontium og ytterbium, hvilket giver dem mulighed for at nedbryde tiden i endnu mindre bidder.
Vanskeligheden ligger indtil videre i, at den officielletid kan ikke genereres ved hjælp af ure alene. Metrologer skal i gennemsnit måle aflæsningerne af hundredvis af timer rundt om i verden. For cæsiumure kan tiden transmitteres ved hjælp af mikrobølgesignaler, men sådan stråling er for lavfrekvent til at transmittere tikken fra et optisk ur.
Tværtimod transmission af signaler gennem luften tilOptiske bølgelængder er ikke så enkle som at sende mikrobølger, fordi molekyler i luften let absorberer lys, hvilket dramatisk reducerer signalstyrken. Derudover kan turbulens lede laserstrålen væk fra målet.
Men ændringer i denne retning erfremskridt, for eksempel, for nylig præsenterede kinesiske videnskabsmænd resultaterne af deres arbejde med synkronisering af optiske ure i en afstand af 117 km. Det er syv gange den tidligere rekord. Yderligere udvikling i denne retning vil hjælpe med at forbedre nøjagtigheden af bestemmelsen af den anden med 100 gange eller mere.
Efter beslutning fra konferencen om vægt og måldeltagerne opfordres til at fortsætte med at udvikle alternative metoder til måling og synkronisering af tid. På baggrund af dem vil der på næste møde i 2026 blive formuleret forslag til ny standard og overgangsperiode.
Ytterbium optisk atomur. Billede: NIST
Springsekund
Hvis dette stadig er et spørgsmål om den nye standardlille usikkerhed, så accepteres en anden ændring, der vil påvirke de foreløbige standarder, endelig. Allerede i 2035 burde verden opgive springsekunder.
Pointen er, at i overgangen til præcis målingtid baseret på atomure, har videnskabsmænd fundet ud af, at den gennemsnitlige dag ikke er lig med 86.400 standardsekunder. Forskellen er kun et par millisekunder, men akkumuleres over tid.
Løsningen var skudsekunder:korrektioner på et sekund blev anvendt i slutningen af december eller juni på ad hoc-basis. Ændringerne var planlagt for at sikre, at det tidtagningssystem, vi bruger, Coordinated Universal Time (UTC), aldrig adskiller sig mere end 0,9 sekunder fra atomtid.
Da sådanne ændringer var engangskarakter, skabte "spring" sekunder store vanskeligheder for software, energi og satellitsystemer. For det første er det svært at forudsige præcis, hvornår det næste springsekund er nødvendigt, så programudviklere kan ikke forberede sig på ordnede, regelmæssige indsættelser. Derfor har forskellige netværk udviklet deres egne inkonsekvente metoder til at inkludere springsekundet.
Desuden moderne global computingsystemer er blevet tættere forbundne og mere afhængige af supernøjagtig timing, nogle gange ned til milliardtedele af et sekund. Tilføjelse af et ekstra sekund øger risikoen for, at systemer, der er ansvarlige for telekommunikationsnetværk, strømtransmission, finansielle transaktioner og andre vitale virksomheder, mislykkes eller ikke synkroniserer.
For at undgå dette problem har videnskabsmænd vedtageten beslutning om at udfase disse indstik fra 2035. Siden 1972, i løbet af de sidste 50 år, har forskellen mellem UTC og international atomtid kun været 37 s, med 10 s tilføjet med det samme og yderligere 27 s indsat senere. Forskere foreslår at rette forskellen, der vil blive akkumuleret i 2035, og ikke ændre den i mindst de næste 100 år.
Læs mere:
En magnetisk storm er ved at ramme Jorden
Den sande betydning af mumificering afsløres: hele denne tid tog videnskabsmænd fejl
Udnævnt til den største fare ved månemissionen "Artemis"