Como otras cantidades, la segunda es sólo un concepto relativo que se basa en un acuerdo sobre
En 1875, 17 países líderes de esa época, entreque fueron, entre ellos, Austria-Hungría, los imperios ruso y otomano, Francia, Alemania, Estados Unidos y Brasil, firmaron la Convención Métrica, un tratado internacional que garantiza la unidad de los estándares de medición en diferentes países. Para desarrollar principios uniformes y realizar mediciones de referencia, los estados crearon la Oficina Internacional de Pesos y Medidas.
En la 27ª Conferencia de Pesos y MedidasRepresentantes de diferentes países acordaron que la definición moderna del segundo deja de satisfacer la precisión requerida de las mediciones y requiere revisión. La hoja de ruta establece que en la próxima reunión en cuatro años, los países deberán elegir un nuevo sistema de referencia más preciso y cambiar la redacción del segundo.
Primeras medidas de un segundo
Durante siglos, la gente ha medido el tiempo porla rotación de la tierra. Desde los antiguos egipcios hasta los astrónomos griegos y babilonios, la humanidad modificó gradualmente la precisión de las medidas, lo que requería nuevas unidades de tiempo y, con el desarrollo de la tecnología, su unificación y sincronización.
Los primeros relojes mecánicos que aparecieron enSiglo XIV, no había ni minutos. Las esferas se dividían en mitades, tercios, cuartos y, a veces, incluso en 12 partes de una hora, pero nunca en 60. Los primeros relojes mecánicos que mostraban los minutos aparecieron a finales del siglo XVI. Al mismo tiempo, a diferencia de los relojes de sol, que mostraban el tiempo aparente, los relojes mecánicos cambiaron al tiempo promedio.
El hecho es que el movimiento orbital de la Tierra alrededorEl sol provoca una duración desigual del día. El tiempo solar aparente utiliza el tiempo entre los dos momentos en que nuestra estrella está en su cenit como definición de día. En este caso, las partes fraccionarias (horas y minutos) se determinan en función del movimiento del Sol.
De hecho, cuando se mide en base asistemas alternativos, por ejemplo, el número de movimientos del péndulo en un reloj mecánico, resulta que la duración de tales días es diferente. La duración de un día solar varía a lo largo del año, y el efecto acumulativo provoca desviaciones estacionales de hasta 16 minutos con respecto a la media.
Los primeros relojes que mostraban segundos aparecieron ensegunda mitad del siglo XVI. El reloj de resorte con segundero más antiguo conocido: fechado alrededor de 1560-1570. Al mismo tiempo, todos los primeros análogos no eran lo suficientemente precisos.
En 1656, el científico holandés Christiaan Huygensinventó el primer reloj de péndulo. Tenía un péndulo de poco menos de un metro de largo, lo que le daba una oscilación de un segundo, y un mecanismo de disparo que hacía tictac cada segundo. Se cree que este fue el primer reloj que podía mostrar con precisión la hora en segundos.
Reloj de bolsillo Henlein, principios del siglo XVI. Imagen: Museo Nacional Germanisches
Desde una fracción de día hasta la rotación orbital de la Tierra y las medidas atómicas
A fines del siglo XIX, la precisión de la medición de segundosalcanzaron tales alturas que formaron la base del sistema métrico internacional de la ISS, que fue fijado por la Conferencia General de Pesos y Medidas en 1889. Se aprobó el metro como unidad básica de longitud, el kilogramo para el peso y el segundo para el tiempo. Este último se definió como 1/86400 del día solar promedio.
Desde la órbita de la Tierra alrededor del Sol.Más estable que la rotación de un planeta alrededor de su eje, esta definición fue posteriormente modificada y expresada en términos de fracción de año: 1 ⁄ 31.556.925,9747 de año. Al mismo tiempo, para reducir aún más la incertidumbre, se utilizó una escala de tiempo de efemérides, calculada a partir de la posición de las órbitas de planetas y estrellas en 1900.
En 1967, después de décadas de investigación,Los científicos abandonaron el método de rotación de la Tierra y redefinieron el tiempo, midiendo en su lugar los movimientos de las partículas dentro de un átomo. En particular, la definición actual utiliza la resonancia de frecuencia natural del cesio-133 para calcular. A partir de ese momento, el segundo está determinado por un valor numérico fijo de la frecuencia de vibraciones del átomo de cesio.
¿Cómo funciona el tiempo atómico?
Las primeras escalas de tiempo atómicas consistían enRelojes de cuarzo con frecuencias calibradas utilizando únicamente relojes atómicos. Se basan en un sistema de átomos que pueden estar en uno de dos posibles estados energéticos.
Un grupo de átomos en un estado sufreradiación de microondas. Si la radiación tiene la frecuencia correcta, varios átomos pasarán a un estado energético diferente. Cuanto más cerca esté la frecuencia de la frecuencia de vibración natural de los átomos, más átomos cambiarán de estado.
Esto permite una sintonización de frecuencia muy precisa.radiación de microondas. Una vez que la radiación de microondas se sintoniza a una frecuencia conocida, se puede utilizar como generador de tiempo para medir el tiempo transcurrido.
La hora atómica internacional esun promedio ponderado en el tiempo de más de 450 relojes atómicos en más de 80 laboratorios nacionales de todo el mundo. Este enfoque nos permite evitar distorsiones asociadas con la dilatación del tiempo gravitacional.
Las horas en diferentes instituciones se comparan periódicamenteentre sí mediante comunicaciones por satélite y GPS. El Bureau International des Poids et Mesures (BIPM, Francia) combina estas medidas para calcular un promedio ponderado retrospectivo que forma la escala de tiempo más estable posible.
El primer reloj atómico del mundo. Imagen: Laboratorio Nacional de Física, Dominio público, a través de Wikimedia Commons
¿Qué quieren cambiar?
Un mayor desarrollo de la tecnología permite aún másmejorar aún más la precisión de la medición. Por ejemplo, como alternativa al reloj de cesio clásico, los físicos sugieren usar un reloj óptico. Estos relojes utilizan el "tictac" de mayor frecuencia de elementos como el estroncio y el iterbio, lo que les permite dividir el tiempo en partes aún más pequeñas.
La dificultad hasta ahora radica en el hecho de que el funcionarioel tiempo no se puede generar usando solo relojes. Los metrólogos deben promediar las lecturas de cientos de horas en todo el mundo. Para los relojes de cesio, el tiempo se puede transmitir mediante señales de microondas, pero dicha radiación es de una frecuencia demasiado baja para transmitir el tictac de un reloj óptico.
Por el contrario, la transmisión de señales a través del aire aLas longitudes de onda ópticas no son tan simples como enviar microondas porque las moléculas en el aire absorben la luz fácilmente, lo que reduce drásticamente la intensidad de la señal. Además, la turbulencia puede desviar el rayo láser lejos del objetivo.
Sin embargo, los cambios en esta dirección sonprogreso, por ejemplo, recientemente científicos chinos presentaron los resultados de su trabajo sobre la sincronización de relojes ópticos a una distancia de 117 km. Esto es siete veces el récord anterior. Un mayor desarrollo en esta dirección ayudará a mejorar la precisión de determinar el segundo en 100 veces o más.
Por decisión de la Conferencia de Pesos y MedidasSe anima a los participantes a seguir desarrollando métodos alternativos para medir y sincronizar el tiempo. Sobre esta base, en la próxima reunión de 2026 se formularán propuestas para una nueva norma y un período de transición.
Reloj atómico óptico de iterbio. Imagen: NIST
segundo intercalar
Si esto sigue siendo una cuestión de la nueva normapoca incertidumbre, luego se acepta finalmente otro cambio que afectará a las normas provisionales. Ya en 2035, el mundo debería abandonar los segundos bisiestos.
El punto es que en la transición a la medición precisatiempo basado en relojes atómicos, los científicos han encontrado que el día promedio no es igual a 86,400 segundos estándar. La diferencia es de solo unos pocos milisegundos, pero se acumula con el tiempo.
La solución fueron los segundos intercalares:Se aplicaron correcciones de un segundo a finales de diciembre o junio de forma ad hoc. Los cambios se planificaron para garantizar que el sistema de cronometraje que utilizamos, el Tiempo Universal Coordinado (UTC), nunca difiera en más de 0,9 segundos del tiempo atómico.
Dado que tales cambios fueron una sola vezcarácter, los segundos "saltos" crearon grandes dificultades para los sistemas de software, energía y satélite. En primer lugar, es difícil predecir exactamente cuándo se necesita el siguiente segundo bisiesto, por lo que los desarrolladores de programas no pueden prepararse para inserciones regulares y ordenadas. Por lo tanto, varias redes han desarrollado sus propios métodos inconsistentes para incluir el segundo intercalar.
Además, la informática global modernalos sistemas se han vuelto más estrechamente interconectados y más dependientes de una sincronización súper precisa, a veces hasta mil millonésimas de segundo. Agregar un segundo adicional aumenta el riesgo de que los sistemas responsables de las redes de telecomunicaciones, la transmisión de energía, las transacciones financieras y otros negocios vitales fallen o no se sincronicen.
Para evitar este problema, los científicos han adoptadouna decisión de eliminar gradualmente estos insertos a partir de 2035. Desde 1972, durante los últimos 50 años, la diferencia entre UTC y la hora atómica internacional ha sido de solo 37 s, con 10 s agregados inmediatamente y otros 27 s insertados más tarde. Los científicos proponen arreglar la diferencia que se acumulará para el 2035 y no cambiarla por al menos los próximos 100 años.
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