Όπως και άλλες ποσότητες, η δεύτερη είναι απλώς μια σχετική έννοια που βασίζεται σε μια συμφωνία για
Το 1875, 17 κορυφαίες χώρες εκείνης της εποχής, μεταξύπου ήταν, μεταξύ άλλων, η Αυστροουγγαρία, η Ρωσική και Οθωμανική Αυτοκρατορία, η Γαλλία, η Γερμανία, οι Ηνωμένες Πολιτείες και η Βραζιλία, υπέγραψαν τη Σύμβαση Metric - μια διεθνή συνθήκη που διασφαλίζει την ενότητα των προτύπων μέτρησης σε διάφορες χώρες. Για να αναπτύξουν ενιαίες αρχές και να πραγματοποιήσουν μετρήσεις αναφοράς, τα κράτη δημιούργησαν το Διεθνές Γραφείο Βαρών και Μετρήσεων.
Στο 27ο Συνέδριο Βάρη και ΜέτραΕκπρόσωποι διαφορετικών χωρών συμφώνησαν ότι ο σύγχρονος ορισμός του δεύτερου παύει να ικανοποιεί την απαιτούμενη ακρίβεια των μετρήσεων και απαιτεί αναθεώρηση. Ο οδικός χάρτης προβλέπει ότι στην επόμενη συνάντηση σε τέσσερα χρόνια, οι χώρες θα πρέπει να επιλέξουν ένα νέο, πιο ακριβές σύστημα αναφοράς και να αλλάξουν τη διατύπωση της δεύτερης.
Πρώτες μετρήσεις του δευτερολέπτου
Για αιώνες, οι άνθρωποι μετρούσαν τον χρόνο μεη περιστροφή της γης. Από τους αρχαίους Αιγύπτιους έως τους Έλληνες αστρονόμους και Βαβυλώνιους, η ανθρωπότητα άλλαξε σταδιακά την ακρίβεια των μετρήσεων, που απαιτούσαν νέες μονάδες χρόνου, και με την ανάπτυξη της τεχνολογίας, την ενοποίηση και τον συγχρονισμό τους.
Τα πρώτα μηχανικά ρολόγια που εμφανίστηκαν στοXIV αιώνα, δεν υπήρχαν καν λεπτά. Τα καντράν χωρίζονταν σε μισά, τρίτα, τέταρτα και μερικές φορές ακόμη και σε 12 μέρη της ώρας, αλλά ποτέ σε 60. Τα πρώτα μηχανικά ρολόγια που έδειχναν λεπτά εμφανίστηκαν στα τέλη του 16ου αιώνα. Ταυτόχρονα, σε αντίθεση με τα ηλιακά ρολόγια, που έδειχναν εμφανή χρόνο, τα μηχανικά ρολόγια άλλαξαν στον μέσο χρόνο.
Το γεγονός είναι ότι η τροχιακή κίνηση της Γης γύρωΟ ήλιος οδηγεί σε ανομοιόμορφη διάρκεια της ημέρας. Ο φαινομενικός ηλιακός χρόνος χρησιμοποιεί το χρόνο μεταξύ των δύο φορές που το αστέρι μας βρίσκεται στο ζενίθ του ως ορισμό της ημέρας. Στην περίπτωση αυτή, τα κλασματικά μέρη (ώρες και λεπτά) προσδιορίζονται με βάση την κίνηση του Ήλιου.
Στην πραγματικότητα, όταν μετράται με βάσηεναλλακτικά συστήματα, για παράδειγμα, ο αριθμός των κινήσεων του εκκρεμούς σε ένα μηχανικό ρολόι, αποδεικνύεται ότι η διάρκεια τέτοιων ημερών είναι διαφορετική. Η διάρκεια μιας ηλιακής ημέρας ποικίλλει καθ 'όλη τη διάρκεια του έτους και η σωρευτική επίδραση προκαλεί εποχιακές αποκλίσεις έως και 16 λεπτών από τον μέσο όρο.
Εμφανίστηκαν τα πρώτα ρολόγια που έδειχναν δευτερόλεπταδεύτερο μισό του 16ου αιώνα. Το παλαιότερο γνωστό ανοιξιάτικο ρολόι με δεύτερο δείκτη: χρονολογείται γύρω στο 1560–1570. Ταυτόχρονα, όλα τα πρώτα ανάλογα ήταν ανεπαρκώς ακριβή.
Το 1656, ο Ολλανδός επιστήμονας Christiaan Huygensεφηύρε το πρώτο ρολόι με εκκρεμές. Είχε ένα εκκρεμές μήκους λίγο λιγότερο από ένα μέτρο, που του έδινε μια ταλάντευση ενός δευτερολέπτου, και έναν μηχανισμό σκανδάλης που χτυπούσε κάθε δευτερόλεπτο. Πιστεύεται ότι αυτό ήταν το πρώτο ρολόι που μπορούσε να δείξει με ακρίβεια την ώρα σε δευτερόλεπτα.
Ρολόι τσέπης Henlein, αρχές 16ου αιώνα. Εικόνα: Germanisches National Museum
Από ένα κλάσμα της ημέρας μέχρι την τροχιακή περιστροφή της Γης και τις ατομικές μετρήσεις
Μέχρι το τέλος του 19ου αιώνα, η ακρίβεια της μέτρησης των δευτερολέπτωνέφτασαν σε τέτοια ύψη που αποτέλεσαν τη βάση του διεθνούς μετρικού συστήματος του ISS, το οποίο καθορίστηκε από τη Γενική Διάσκεψη για τα Βάρη και τα Μέτρα το 1889. Ο μετρητής εγκρίθηκε ως βασική μονάδα μήκους, το κιλό για το βάρος και ο δεύτερος για το χρόνο. Το τελευταίο ορίστηκε ως το 1/86400 της μέσης ηλιακής ημέρας.
Από την τροχιά της Γης γύρω από τον Ήλιοπιο σταθερός από την περιστροφή ενός πλανήτη γύρω από τον άξονά του, αυτός ο ορισμός άλλαξε αργότερα και εκφράστηκε με όρους κλάσματος έτους: 1 ⁄ 31.556.925,9747 έτη. Ταυτόχρονα, για να μειωθεί περαιτέρω η αβεβαιότητα, χρησιμοποιήθηκε μια κλίμακα χρόνου εφημερίς, που υπολογίστηκε με βάση τη θέση των τροχιών πλανητών και αστεριών το 1900.
Το 1967, μετά από δεκαετίες έρευνας,Οι επιστήμονες εγκατέλειψαν τη μέθοδο περιστροφής της Γης και επαναπροσδιόρισαν τον χρόνο, αντί να μετρήσουν τις κινήσεις των σωματιδίων μέσα σε ένα άτομο. Συγκεκριμένα, ο τρέχων ορισμός χρησιμοποιεί τον συντονισμό φυσικής συχνότητας του καισίου-133 για τον υπολογισμό. Από εκείνη τη στιγμή, το δεύτερο καθορίζεται από μια σταθερή αριθμητική τιμή της συχνότητας των κραδασμών του ατόμου καισίου.
Πώς λειτουργεί ο ατομικός χρόνος;
Οι πρώιμες ατομικές κλίμακες χρόνου αποτελούνταν απόΡολόγια χαλαζία με συχνότητες βαθμονομημένες χρησιμοποιώντας μόνο ατομικά ρολόγια. Βασίζονται σε ένα σύστημα ατόμων που μπορεί να βρίσκεται σε μία από τις δύο πιθανές ενεργειακές καταστάσεις.
Μια ομάδα ατόμων σε μια κατάσταση υφίσταταιακτινοβολία μικροκυμάτων. Εάν η ακτινοβολία έχει τη σωστή συχνότητα, ένας αριθμός ατόμων θα αλλάξει σε διαφορετική ενεργειακή κατάσταση. Όσο πιο κοντά είναι η συχνότητα στη φυσική συχνότητα δόνησης των ατόμων, τόσο περισσότερα άτομα θα αλλάζουν καταστάσεις.
Αυτό επιτρέπει πολύ ακριβή συντονισμό συχνότητας.ακτινοβολία μικροκυμάτων. Μόλις η ακτινοβολία μικροκυμάτων συντονιστεί σε μια γνωστή συχνότητα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως γεννήτρια χρονισμού για τη μέτρηση του χρόνου που έχει παρέλθει.
Διεθνής Ατομική Ώρα είναιένας χρονοσταθμισμένος μέσος όρος άνω των 450 ατομικών ρολογιών σε περισσότερα από 80 εθνικά εργαστήρια σε όλο τον κόσμο. Αυτή η προσέγγιση μας επιτρέπει να αποφύγουμε παραμορφώσεις που σχετίζονται με τη βαρυτική χρονική διαστολή.
Οι ώρες σε διαφορετικά ιδρύματα συγκρίνονται τακτικάμεταξύ τους χρησιμοποιώντας δορυφορικές επικοινωνίες και GPS. Το Bureau International des Poids et Mesures (BIPM, Γαλλία) συνδυάζει αυτές τις μετρήσεις για να υπολογίσει έναν αναδρομικό σταθμισμένο μέσο όρο που σχηματίζει την πιο σταθερή δυνατή χρονική κλίμακα.
Το πρώτο ατομικό ρολόι στον κόσμο. Εικόνα: National Physical Laboratory, Public domain, μέσω Wikimedia Commons
Τι θέλουν να αλλάξουν;
Η περαιτέρω ανάπτυξη της τεχνολογίας επιτρέπει ακόμη περισσότεραβελτιώσει περαιτέρω την ακρίβεια μέτρησης. Για παράδειγμα, ως εναλλακτική λύση στο κλασικό ρολόι καισίου, οι φυσικοί προτείνουν τη χρήση ενός οπτικού ρολογιού. Αυτά τα ρολόγια χρησιμοποιούν το υψηλότερη συχνότητα "τικ" στοιχείων όπως το στρόντιο και το υττέρβιο, επιτρέποντάς τους να διασπούν τον χρόνο σε ακόμη μικρότερα κομμάτια.
Η μέχρι τώρα δυσκολία έγκειται στο γεγονός ότι ο επίσημοςΟ χρόνος δεν μπορεί να δημιουργηθεί χρησιμοποιώντας μόνο ρολόγια. Οι μετρολόγοι πρέπει να υπολογίζουν κατά μέσο όρο τις μετρήσεις εκατοντάδων ωρών σε όλο τον κόσμο. Για τα ρολόγια καισίου, ο χρόνος μπορεί να μεταδοθεί χρησιμοποιώντας σήματα μικροκυμάτων, αλλά αυτή η ακτινοβολία είναι πολύ χαμηλής συχνότητας για να μεταδώσει το τικ ενός οπτικού ρολογιού.
Αντίθετα, μετάδοση σημάτων μέσω του αέρα προςΤα οπτικά μήκη κύματος δεν είναι τόσο απλά όσο η αποστολή μικροκυμάτων, επειδή τα μόρια στον αέρα απορροφούν εύκολα το φως, μειώνοντας δραματικά την ισχύ του σήματος. Επιπλέον, οι αναταράξεις μπορούν να κατευθύνουν τη δέσμη λέιζερ μακριά από τον στόχο.
Ωστόσο, αλλαγές προς αυτή την κατεύθυνση είναιπρόοδος, για παράδειγμα, πρόσφατα Κινέζοι επιστήμονες παρουσίασαν τα αποτελέσματα της εργασίας τους σχετικά με το συγχρονισμό των οπτικών ρολογιών σε απόσταση 117 km. Αυτό είναι επτά φορές το προηγούμενο ρεκόρ. Η περαιτέρω ανάπτυξη προς αυτή την κατεύθυνση θα βοηθήσει στη βελτίωση της ακρίβειας του προσδιορισμού του δεύτερου κατά 100 φορές ή περισσότερο.
Με απόφαση του Συνεδρίου για τα Βάρη και τα ΜέτραΟι συμμετέχοντες ενθαρρύνονται να συνεχίσουν να αναπτύσσουν εναλλακτικές μεθόδους για τη μέτρηση και το συγχρονισμό του χρόνου. Βάσει αυτών, θα διατυπωθούν προτάσεις για νέο πρότυπο και μεταβατική περίοδο μέχρι την επόμενη συνεδρίαση του 2026.
Οπτικό ατομικό ρολόι υττέρβιο. Εικόνα: NIST
Άλμα δεύτερο
Εάν αυτό εξακολουθεί να είναι θέμα του νέου προτύπουελάχιστη αβεβαιότητα, τότε μια άλλη αλλαγή που θα επηρεάσει τα προσωρινά πρότυπα γίνεται τελικά αποδεκτή. Ήδη το 2035, ο κόσμος θα πρέπει να εγκαταλείψει τα δίσεκτα δευτερόλεπτα.
Το θέμα είναι ότι στη μετάβαση στην ακριβή μέτρησηχρόνο με βάση τα ατομικά ρολόγια, οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι η μέση ημέρα δεν είναι ίση με 86.400 τυπικά δευτερόλεπτα. Η διαφορά είναι μόνο μερικά χιλιοστά του δευτερολέπτου, αλλά συσσωρεύεται με την πάροδο του χρόνου.
Η λύση ήταν δίσεκτα δευτερόλεπτα:Διορθώσεις ενός δευτερολέπτου εφαρμόστηκαν στα τέλη Δεκεμβρίου ή τον Ιούνιο σε ad hoc βάση. Οι αλλαγές σχεδιάστηκαν για να διασφαλιστεί ότι το σύστημα χρονομέτρησης που χρησιμοποιούμε, η Συντονισμένη Παγκόσμια Ώρα (UTC), δεν θα διαφέρει ποτέ περισσότερο από 0,9 δευτερόλεπτα από την ατομική ώρα.
Δεδομένου ότι τέτοιες αλλαγές ήταν εφάπαξχαρακτήρα, τα «άλμα» δευτερόλεπτα δημιούργησαν μεγάλες δυσκολίες σε συστήματα λογισμικού, ενέργειας και δορυφόρου. Πρώτον, είναι δύσκολο να προβλεφθεί ακριβώς πότε χρειάζεται το επόμενο άλμα δευτερόλεπτο, επομένως οι προγραμματιστές προγραμμάτων δεν μπορούν να προετοιμαστούν για τακτικές, τακτικές εισαγωγές. Ως εκ τούτου, διάφορα δίκτυα έχουν αναπτύξει τις δικές τους ασυνεπείς μεθόδους για τη συμπερίληψη του άλμα δευτερολέπτου.
Επιπλέον, η σύγχρονη παγκόσμια πληροφορικήΤα συστήματα έχουν γίνει πιο στενά διασυνδεδεμένα και εξαρτώνται περισσότερο από τον υπερακριβή χρονισμό, μερικές φορές μέχρι τα δισεκατομμυριοστά του δευτερολέπτου. Η προσθήκη ενός επιπλέον δευτερολέπτου αυξάνει τον κίνδυνο να αποτύχουν ή να αποτύχουν να συγχρονιστούν τα συστήματα που είναι υπεύθυνα για δίκτυα τηλεπικοινωνιών, μεταφορά ενέργειας, οικονομικές συναλλαγές και άλλες ζωτικής σημασίας επιχειρήσεις.
Για να αποφευχθεί αυτό το πρόβλημα, οι επιστήμονες έχουν υιοθετήσειαπόφαση να καταργηθούν σταδιακά αυτά τα ένθετα από το 2035. Από το 1972, τα τελευταία 50 χρόνια, η διαφορά μεταξύ UTC και διεθνούς ατομικού χρόνου ήταν μόνο 37 s, με 10 s να προστίθενται αμέσως και άλλα 27 s να εισάγονται αργότερα. Οι επιστήμονες προτείνουν να διορθώσουν τη διαφορά που θα συσσωρευτεί μέχρι το 2035 και να μην την αλλάξουν για τουλάχιστον τα επόμενα 100 χρόνια.
Διαβάστε περισσότερα:
Μια μαγνητική καταιγίδα πρόκειται να χτυπήσει τη Γη
Το αληθινό νόημα της μουμιοποίησης αποκαλύπτεται: όλο αυτό το διάστημα, οι επιστήμονες έκαναν λάθος
Ονόμασε τον κύριο κίνδυνο της σεληνιακής αποστολής "Άρτεμις"