Kao i druge količine, sekunda je samo relativan koncept koji se temelji na dogovoru o
Godine 1875. 17 vodećih zemalja toga doba, međukoji su, uključujući Austro-Ugarsku, Rusko i Osmansko Carstvo, Francusku, Njemačku, Sjedinjene Države i Brazil, potpisali Metričku konvenciju - međunarodni ugovor koji osigurava jedinstvo mjernih standarda u različitim zemljama. Kako bi razvile jedinstvena načela i provele referentna mjerenja, države su stvorile Međunarodni ured za utege i mjere.
Na 27. konferenciji o utezima i mjeramaPredstavnici različitih zemalja složili su se da moderna definicija sekunde prestaje zadovoljavati potrebnu točnost mjerenja i zahtijeva reviziju. Plan predviđa da će na sljedećem sastanku za četiri godine zemlje morati odabrati novi, precizniji referentni sustav i promijeniti formulaciju drugog.
Prva mjerenja sekunde
Stoljećima su ljudi mjerili vrijemerotacija zemlje. Od starih Egipćana do grčkih astronoma i Babilonaca čovječanstvo je postupno mijenjalo točnost mjerenja, što je zahtijevalo nove jedinice vremena, a razvojem tehnologije njihovu unificiranost i sinkronizaciju.
Prvi mehanički satovi koji su se pojavili uXIV st. nije bilo ni minuta. Brojčanici su bili podijeljeni na polovice, trećine, četvrtine, a ponekad i na 12 dijelova sata, ali nikada na 60. Prvi mehanički satovi koji su pokazivali minute pojavili su se potkraj 16. stoljeća. Istodobno, za razliku od sunčanih satova, koji su pokazivali vidljivo vrijeme, mehanički satovi su se prebacili na prosječno vrijeme.
Činjenica je da orbitalno kretanje Zemlje okoSunce dovodi do nejednake duljine dana. Prividno solarno vrijeme koristi vrijeme između dva trenutka kad je naša zvijezda u zenitu kao svoju definiciju dana. U ovom slučaju razlomci (sati i minute) određuju se na temelju kretanja Sunca.
Zapravo, kada se mjeri na temeljualternativni sustavi, na primjer, broj pokreta njihala u mehaničkom satu, ispada da je trajanje takvih dana različito. Duljina sunčevog dana varira tijekom godine, a kumulativni učinak uzrokuje sezonska odstupanja do 16 minuta od prosjeka.
godine pojavili su se prvi satovi koji pokazuju sekundedruga polovica 16. stoljeća. Najraniji poznati proljetni sat sa sekundnom kazaljkom: datiran oko 1560.-1570. Pritom su svi prvi analozi bili nedovoljno točni.
В 1656 году голландский ученый Христиан Гюйгенс izumio prvi sat s klatnom. Imao je visak dugačak nešto manje od metra, koji mu je davao njihanje od jedne sekunde, i mehanizam za okidanje koji je otkucavao svake sekunde. Vjeruje se da je ovo bio prvi sat koji je mogao točno pokazati vrijeme u sekundama.
Džepni sat Henlein, početak 16. stoljeća. Slika: Germanisches National Museum
Od djelića dana do Zemljine orbitalne rotacije i atomskih mjerenja
Do kraja 19. st. točnost mjerenja sekundidosegnuli su takve visine da su činili osnovu međunarodnog metričkog sustava ISS-a, koji je odredila Opća konferencija za utege i mjere 1889. Metar je prihvaćen kao osnovna jedinica za duljinu, kilogram za težinu, a sekund za vrijeme. Potonji je definiran kao 1/86400 prosječnog solarnog dana.
Budući da Zemljina orbita oko Suncastabilniji od rotacije planeta oko svoje osi, ova je definicija kasnije promijenjena i izražena u djeliću godine: 1 ⁄ 31.556.925,9747 godina. Pritom je, kako bi se nesigurnost dodatno smanjila, korištena vremenska skala efemerida, izračunata na temelju položaja orbita planeta i zvijezda 1900. godine.
Godine 1967., nakon desetljeća istraživanja,znanstvenici su napustili metodu Zemljine rotacije i redefinirali vrijeme, umjesto mjerenja gibanja čestica unutar atoma. Konkretno, trenutna definicija za izračun koristi rezonanciju prirodne frekvencije cezija-133. Od tog trenutka nadalje, sekunda je određena fiksnom numeričkom vrijednošću frekvencije titraja atoma cezija.
Kako funkcionira atomsko vrijeme?
Rane atomske vremenske skale sastojale su se odkvarcni satovi s frekvencijama kalibriranim samo pomoću atomskih satova. Temelje se na sustavu atoma koji mogu biti u jednom od dva moguća energetska stanja.
Skupina atoma u jednom stanju prolazimikrovalno zračenje. Ako zračenje ima pravu frekvenciju, određeni broj atoma će prijeći u različito energetsko stanje. Što je frekvencija bliža prirodnoj frekvenciji vibracija atoma, to će više atoma mijenjati stanja.
To omogućuje vrlo precizno podešavanje frekvencije.mikrovalno zračenje. Nakon što je mikrovalno zračenje podešeno na poznatu frekvenciju, može se koristiti kao generator vremena za mjerenje proteklog vremena.
Međunarodno atomsko vrijeme jevremenski ponderirani prosjek od više od 450 atomskih satova u više od 80 nacionalnih laboratorija diljem svijeta. Ovaj nam pristup omogućuje da izbjegnemo distorzije povezane s gravitacijskom dilatacijom vremena.
Sati u različitim ustanovama redovito se uspoređujujedni s drugima koristeći satelitske komunikacije i GPS. Bureau International des Poids et Mesures (BIPM, Francuska) kombinira ta mjerenja kako bi izračunao retrospektivni ponderirani prosjek koji tvori najstabilniju moguću vremensku ljestvicu.
Prvi atomski sat na svijetu. Slika: Nacionalni fizikalni laboratorij, javno vlasništvo, putem Wikimedia Commons
Što žele promijeniti?
Daljnji razvoj tehnologije omogućuje još višedodatno poboljšati točnost mjerenja. Na primjer, kao alternativu klasičnom cezijevom satu, fizičari predlažu korištenje optičkog sata. Ovi satovi koriste višu frekvenciju "otkucavanja" elemenata kao što su stroncij i iterbij, što im omogućuje rastavljanje vremena na još manje dijelove.
Dosadašnja poteškoća leži u činjenici da službenivrijeme se ne može generirati samo pomoću satova. Metrolozi moraju izračunati prosjek očitanja stotina sati diljem svijeta. Za cezijeve satove vrijeme se može prenositi pomoću mikrovalnih signala, ali takvo je zračenje preniske frekvencije za prijenos otkucaja optičkog sata.
Naprotiv, prijenos signala kroz zrak naOptičke valne duljine nisu tako jednostavne kao slanje mikrovalova jer molekule u zraku lako apsorbiraju svjetlost, dramatično smanjujući snagu signala. Osim toga, turbulencija može usmjeriti lasersku zraku od mete.
Međutim, promjene u tom smjeru sunapredak, primjerice, nedavno su kineski znanstvenici predstavili rezultate svog rada na sinkronizaciji optičkih satova na udaljenosti od 117 km. To je sedam puta više od prethodnog rekorda. Daljnji razvoj u ovom smjeru pomoći će poboljšati točnost određivanja sekunde za 100 puta ili više.
Odlukom Konferencije za utege i mjeresudionici se potiču da nastave razvijati alternativne metode za mjerenje i sinkronizaciju vremena. Na temelju njih će se do sljedećeg sastanka 2026. formulirati prijedlozi novog standarda i prijelaznog razdoblja.
Iterbijev optički atomski sat. Slika: NIST
Skok drugi
Ako je to još uvijek pitanje novog standardamalo neizvjesnosti, tada je konačno prihvaćena još jedna promjena koja će utjecati na privremene standarde. Već 2035. godine svijet bi trebao napustiti prijestupne sekunde.
Дело в том, что при переходе к точному измерению vrijeme temeljeno na atomskim satovima, znanstvenici su otkrili da prosječni dan nije jednak 86 400 standardnih sekundi. Razlika je samo nekoliko milisekundi, ali se s vremenom nakuplja.
Rješenje su bile prijestupne sekunde:korekcije od jedne sekunde primijenjene su krajem prosinca ili u lipnju na ad hoc osnovi. Promjene su planirane kako bi se osiguralo da se sustav mjerenja vremena koji koristimo, koordinirano univerzalno vrijeme (UTC), nikada ne razlikuje za više od 0,9 sekundi od atomskog vremena.
Budući da su takve promjene bile jednokratnekaraktera, "prestupne" sekunde stvorile su velike poteškoće softverskim, energetskim i satelitskim sustavima. Prvo, teško je točno predvidjeti kada je potrebna sljedeća prijestupna sekunda, tako da se programeri ne mogu pripremiti za uredna, redovita umetanja. Stoga su razne mreže razvile vlastite nedosljedne metode za uključivanje prijestupne sekunde.
Štoviše, moderno globalno računalstvosustavi su postali tješnje međusobno povezani i više ovisni o super-preciznom mjerenju vremena, ponekad sve do milijarditog dijela sekunde. Dodavanje dodatne sekunde povećava rizik da će sustavi odgovorni za telekomunikacijske mreže, prijenos električne energije, financijske transakcije i druge vitalne poslove zakazati ili se neće uspjeti sinkronizirati.
Kako bi izbjegli ovaj problem, znanstvenici su usvojiliodluka o postupnom ukidanju ovih umetaka od 2035. Od 1972., tijekom proteklih 50 godina, razlika između UTC i međunarodnog atomskog vremena bila je samo 37 s, s 10 s dodanih odmah i još 27 s umetnutih kasnije. Znanstvenici predlažu popraviti razliku koja će se akumulirati do 2035. i ne mijenjati je barem sljedećih 100 godina.
Čitaj više:
Zemlju će uskoro pogoditi magnetska oluja
Otkriveno je pravo značenje mumifikacije: sve ovo vrijeme znanstvenici su bili u krivu
Proglašena glavna opasnost lunarne misije "Artemis"