Más mennyiségekhez hasonlóan a második is csak egy relatív fogalom, amely egy megállapodáson alapul
1875-ben az akkori 17 vezető ország közöttAusztria-Magyarország, az Orosz és az Oszmán Birodalom, Franciaország, Németország, az Egyesült Államok és Brazília aláírták a Metrikus Egyezményt - egy nemzetközi szerződést, amely biztosítja a mérési szabványok egységességét a különböző országokban. Az egységes elvek kidolgozása és a referenciamérések lefolytatása érdekében az államok létrehozták a Nemzetközi Súly- és Mérési Irodát.
A 27. Súly- és MértékkonferenciánA különböző országok képviselői egyetértettek abban, hogy a második modern definíciója már nem elégíti ki a mérési pontosságot, és felülvizsgálatra szorul. Az útiterv úgy rendelkezik, hogy a négy év múlva esedékes következő találkozón az országoknak új, pontosabb referenciarendszert kell választaniuk, és módosítaniuk kell a második szövegezését.
Egy másodperc első mérései
Évszázadokon keresztül az emberek az időt mértéka föld forgását. Az ókori egyiptomiaktól a görög csillagászokig és babiloniakig az emberiség fokozatosan változtatta a mérések pontosságát, ami új időegységeket igényelt, a technika fejlődésével pedig azok egyesülését és szinkronizálását.
A legelső mechanikus órák, amelyek ben jelentek megXIV. században még percek sem voltak. A számlapokat felére, harmadára, negyedére, sőt néha 12 órarészre is osztották, 60-ra azonban soha. A 16. század vége felé jelentek meg az első perceket mutató mechanikus karórák. Ugyanakkor, ellentétben a napórákkal, amelyek látszólagos időt mutattak, a mechanikus órák átváltottak az átlagos időre.
A tény az, hogy a Föld keringési mozgása körülA nap egyenetlen hosszúságú naphoz vezet. A látszólagos szoláris idő a csillagunk zenitjének két időpontja közötti időt használja napdefinícióként. Ebben az esetben a törtrészek (órák és percek) meghatározása a Nap mozgása alapján történik.
Sőt, ha alapján mérjükalternatív rendszerek, például az inga mozgásainak száma egy mechanikus órában, kiderül, hogy az ilyen napok időtartama eltérő. A napsütéses nap hossza az év során változó, és a kumulatív hatás akár 16 perces szezonális eltéréseket is okoz az átlagtól.
Megjelentek az első másodperceket mutató órákszázad második fele. A legkorábbi ismert tavaszi óra másodpercmutatóval: 1560–1570 körüli időre datálható. Ugyanakkor az első analógok mindegyike nem volt kellően pontos.
1656-ban Christiaan Huygens holland tudósfeltalálta az első ingaórát. Volt benne egy alig egy méter hosszú inga, ami egy másodperces kilengést adott neki, és egy kioldómechanizmusa, ami másodpercenként ketyegett. Úgy gondolják, hogy ez volt az első óra, amely másodpercben pontosan tudta mutatni az időt.
Henlein zsebóra, 16. század eleje. Kép: Germanisches National Museum
A nap töredékétől a Föld keringési körforgásáig és az atommérésekig
A 19. század végére a másodpercek mérési pontosságaolyan magasságokat értek el, hogy ezek képezték az alapját az ISS nemzetközi metrikus rendszerének, amelyet az Általános Súly- és Mértékkonferencia rögzített 1889-ben. A mérőt hagyták jóvá a hossz alapegységének, a kilogrammot a súlynak, a másodikat az időnek. Ez utóbbit az átlagos szoláris nap 1/86400-aként határozták meg.
Mivel a Föld a Nap körül keringstabilabb, mint egy bolygó tengelye körüli forgása, ezt a meghatározást később megváltoztatták, és az év töredékében fejezték ki: 1 ⁄ 31 556 925,9747 év. Ugyanakkor a bizonytalanság további csökkentése érdekében egy efemerisz időskálát alkalmaztak, amelyet a bolygók és csillagok 1900-as pályájának helyzete alapján számítottak ki.
1967-ben, több évtizedes kutatás után,A tudósok felhagytak a Föld forgási módszerével és újradefiniálták az időt, helyette az atomon belüli részecskék mozgását mérték. A jelenlegi definíció a cézium-133 természetes frekvenciájú rezonanciáját használja a számításhoz. Ettől a pillanattól kezdve a másodikat a céziumatom rezgési frekvenciájának rögzített számértéke határozza meg.
Hogyan működik az atomidő?
A korai atomi időskálák abból álltakkvarcórák, amelyek frekvenciáját csak atomórákkal kalibrálták. Olyan atomrendszeren alapulnak, amely két lehetséges energiaállapot egyikében lehet.
Egy halmazállapotú atomok csoportja megy keresztülmikrohullámú sugárzás. Ha a sugárzásnak megfelelő a frekvenciája, akkor számos atom más energiaállapotba kerül. Minél közelebb van a frekvencia az atomok természetes rezgési frekvenciájához, annál több atom vált majd állapotot.
Ez nagyon pontos frekvenciahangolást tesz lehetővé.mikrohullámú sugárzás. Miután a mikrohullámú sugárzást egy ismert frekvenciára hangolták, időzítő generátorként használható az eltelt idő mérésére.
A nemzetközi atomidőtöbb mint 450 atomóra idősúlyozott átlaga a világ több mint 80 nemzeti laboratóriumában. Ezzel a megközelítéssel elkerülhetjük a gravitációs idődilatációhoz kapcsolódó torzulásokat.
Az órákat a különböző intézményekben rendszeresen összehasonlítjákegymással műholdas kommunikáció és GPS segítségével. A Bureau International des Poids et Mesures (BIPM, Franciaország) kombinálja ezeket a méréseket, és kiszámítja a retrospektív súlyozott átlagot, amely a lehető legstabilabb időskálát képezi.
A világ első atomórája. Kép: National Physical Laboratory, Public domain, Wikimedia Commons
Min akarnak változtatni?
A technológia további fejlesztése még többet tesz lehetővétovább javítja a mérési pontosságot. Például a klasszikus céziumóra alternatívájaként a fizikusok optikai óra használatát javasolják. Ezek az órák az olyan elemek magasabb frekvenciájú "kettyegését" használják, mint a stroncium és az itterbium, lehetővé téve számukra, hogy még kisebb darabokra bontsák az időt.
Az eddigi nehézség abban rejlik, hogy a hivatalosidő nem generálható pusztán az órák használatával. A metrológusoknak több száz óra leolvasását kell átlagolniuk szerte a világon. A céziumórák esetében az idő továbbítása mikrohullámú jelek segítségével lehetséges, de az ilyen sugárzás túl alacsony frekvenciájú ahhoz, hogy továbbítsa az optikai óra ketyegését.
Éppen ellenkezőleg, a jelek továbbítása a levegőbenAz optikai hullámhossz nem olyan egyszerű, mint a mikrohullámok küldése, mivel a levegőben lévő molekulák könnyen elnyelik a fényt, drámaian csökkentve a jelerősséget. Ezenkívül a turbulencia elirányíthatja a lézersugarat a célponttól.
Ebben az irányban azonban vannak változásokhaladás például a közelmúltban kínai tudósok bemutatták az optikai órák szinkronizálásával kapcsolatos munkájuk eredményeit 117 km távolságban. Ez hétszerese az előző rekordnak. Az ebben az irányban történő további fejlesztés segít a második meghatározásának 100-szoros vagy több pontosságának javításában.
A Súly- és Mértékkonferencia határozata alapjána résztvevőket arra ösztönzik, hogy folytassák az idő mérésére és szinkronizálására szolgáló alternatív módszerek kidolgozását. Ezek alapján a következő, 2026-os ülésig új szabványra és átmeneti időszakra vonatkozó javaslatokat fogalmaznak meg.
Ytterbium optikai atomóra. Kép: NIST
Ugrás második
Ha ez még mindig az új szabvány kérdésekis bizonytalanság, akkor végül elfogadásra kerül egy másik, az ideiglenes standardokat érintő változtatás. A világnak már 2035-ben fel kellene hagynia a szökőmásodpercekkel.
A lényeg az, hogy a pontos mérésre való átállásbanAz atomórák alapján a tudósok azt találták, hogy az átlagos nap nem egyenlő 86 400 szabvány másodperccel. A különbség csak néhány milliszekundum, de idővel felhalmozódik.
A megoldás szökőmásodperc volt:egy második korrekciót december végén vagy júniusban alkalmaztak eseti alapon. A változtatások célja annak biztosítása volt, hogy az általunk használt időmérő rendszer, a koordinált világidő (UTC) soha ne térjen el 0,9 másodpercnél nagyobb mértékben az atomidőtől.
Mivel az ilyen változások egyszeriek voltakkarakter, az "ugró" másodpercek nagy nehézségeket okoztak a szoftver-, energia- és műholdas rendszerek számára. Először is, nehéz megjósolni, hogy pontosan mikor kell a következő szökőmásodperc, így a programfejlesztők nem tudnak felkészülni a rendezett, rendszeres beillesztésekre. Ezért a különböző hálózatok kifejlesztették saját, inkonzisztens módszereiket az ugrómásodperc beépítésére.
Ráadásul a modern globális számítástechnikaA rendszerek szorosabban összekapcsolódnak egymással, és jobban függenek a rendkívül pontos időzítéstől, néha akár a másodperc milliárdod részeig is. Egy további másodperc hozzáadásával megnő annak a kockázata, hogy a távközlési hálózatokért, energiaátvitelért, pénzügyi tranzakciókért és más létfontosságú üzleti tevékenységekért felelős rendszerek meghiúsulnak vagy nem szinkronizálódnak.
A probléma elkerülése érdekében a tudósok elfogadtákdöntést arról, hogy 2035-től fokozatosan megszüntetik ezeket a betéteket. 1972 óta, az elmúlt 50 év során az UTC és a nemzetközi atomi idő közötti különbség mindössze 37 s volt, 10 s azonnal hozzáadódik, és további 27 s később. A tudósok azt javasolják, hogy 2035-re rögzítsék a felhalmozódó különbséget, és legalább a következő 100 évben ne változtassák meg.
Olvass tovább:
Mágneses vihar éri a Földet
A mumifikáció valódi jelentése kiderül: a tudósok mindvégig tévedtek
A Hold-misszió fő veszélyének „Artemis”-nek nevezték el