다른 양과 마찬가지로 두 번째도 합의에 기초한 상대적인 개념일 뿐입니다.
1875년에는 당시의 17개 주요국 중오스트리아-헝가리, 러시아 및 오스만 제국, 프랑스, 독일, 미국 및 브라질을 포함하여 여러 국가에서 측정 표준의 통일성을 보장하는 국제 조약인 미터법 협약에 서명했습니다. 통일된 원칙을 개발하고 기준 측정을 수행하기 위해 주에서는 국제도량형국을 만들었습니다.
도량형에 관한 27회 회의에서다른 국가의 대표자들은 두 번째의 현대적 정의가 필요한 측정 정확도를 충족하지 못하고 수정이 필요하다는 데 동의했습니다. 로드맵은 4년 후의 다음 회의에서 국가가 새롭고 더 정확한 참조 시스템을 선택하고 두 번째의 문구를 변경해야 한다고 제공합니다.
1초의 첫 번째 측정
수세기 동안 사람들은 다음과 같이 시간을 측정했습니다.지구의 자전. 고대 이집트인부터 그리스 천문학자, 바빌로니아인에 이르기까지 인류는 측정의 정확도를 점차 변화시켰고, 새로운 시간 단위가 필요했고, 기술의 발달과 함께 이들의 통일과 동기화가 이루어졌습니다.
에 등장한 최초의 기계식 시계XIV 세기에는 분도 없었습니다. 다이얼은 2분의 1, 3분의 1, 4분의 1로, 때로는 12분의 1시간으로 나누기도 했지만 60분의 1분으로 나누지는 않았습니다. 분을 표시하는 최초의 기계식 시계는 16세기 말에 등장했습니다. 동시에 겉보기 시간을 보여주는 해시계와 달리 기계식 시계는 평균 시간으로 전환되었습니다.
사실은 지구의 궤도 운동이태양으로 인해 하루의 길이가 고르지 않게 됩니다. 겉보기 태양시는 우리 별이 천정에 있는 두 시간 사이의 시간을 하루의 정의로 사용합니다. 이 경우 분수부(시간 및 분)는 태양의 움직임에 따라 결정됩니다.
실제로 기준으로 측정했을 때대체 시스템, 예를 들어 기계식 시계에서 진자의 움직임 수와 같은 날의 지속 시간이 다른 것으로 나타났습니다. 태양일의 길이는 일년 내내 변하며 누적 효과로 인해 평균에서 최대 16분의 계절 편차가 발생합니다.
초를 표시하는 최초의 시계가 등장했습니다.16세기 후반. 초침이 있는 최초의 스프링 시계: 1560~1570년경 제작. 동시에, 최초의 모든 유사점은 정확도가 충분하지 않았습니다.
1656년 네덜란드 과학자 크리스티안 호이겐스(Christiaan Huygens)최초의 진자시계를 발명했다. 길이가 1미터도 안 되는 진자가 있어서 1초 동안 진동했고, 1초마다 똑딱거리는 방아쇠 메커니즘이 있었습니다. 이 시계는 시간을 초 단위로 정확하게 표시할 수 있는 최초의 시계라고 여겨집니다.
Henlein 회중시계, 16세기 초. 이미지: Germanisches National Museum
하루의 일부에서 지구의 궤도 회전 및 원자 측정까지
19세기 말까지 초를 측정하는 정확도는1889년 도량형 총회에서 확정된 ISS의 국제 미터법의 기초를 형성한 높이에 도달했습니다. 미터는 길이의 기본 단위, 무게는 킬로그램, 시간은 초로 승인되었습니다. 후자는 평균 태양일의 1/86400으로 정의되었습니다.
지구가 태양 주위를 공전하기 때문에축을 중심으로 하는 행성의 회전보다 더 안정적인 이 정의는 나중에 변경되어 1년의 1/31,556,925.9747인 1년의 일부로 표현되었습니다. 동시에 불확실성을 더욱 줄이기 위해 1900년 행성과 별의 궤도 위치를 기준으로 계산된 천체력 시간 척도가 사용되었습니다.
수십 년의 연구 끝에 1967년,과학자들은 지구의 자전 방법을 버리고 시간을 재정의하는 대신 원자 내 입자의 움직임을 측정했습니다. 특히, 현재의 정의는 세슘-133의 고유진동수 공명을 이용하여 계산한다. 그 순간부터 두 번째는 세슘 원자의 진동 주파수의 고정 수치에 의해 결정됩니다.
원자 시간은 어떻게 작동합니까?
초기 원자 시간 척도는 다음과 같이 구성되었습니다.원자 시계만을 사용하여 주파수가 보정된 석영 시계. 이는 두 가지 가능한 에너지 상태 중 하나에 있을 수 있는 원자 시스템을 기반으로 합니다.
한 상태의 원자 그룹은마이크로파 방사선. 방사선의 주파수가 적절하면 많은 원자가 다른 에너지 상태로 이동합니다. 주파수가 원자의 자연 진동 주파수에 가까울수록 더 많은 원자가 상태를 전환하게 됩니다.
이를 통해 매우 정밀한 주파수 튜닝이 가능합니다.마이크로파 방사선. 마이크로파 방사선이 알려진 주파수로 조정되면 경과 시간을 측정하는 타이밍 생성기로 사용할 수 있습니다.
국제원자시(International Atomic Time)는전 세계 80개 이상의 국립 연구소에서 450개가 넘는 원자시계의 시간 가중 평균입니다. 이 접근 방식을 사용하면 중력 시간 팽창과 관련된 왜곡을 피할 수 있습니다.
다른 기관의 시간은 정기적으로 비교됩니다.위성 통신과 GPS를 사용하여 서로. Bureau International des Poids et Mesures(BIPM, 프랑스)는 이러한 측정값을 결합하여 가장 안정적인 가능한 시간 척도를 형성하는 소급 가중 평균을 계산합니다.
세계 최초의 원자시계. 이미지: National Physical Laboratory, 공개 도메인, Wikimedia Commons를 통해
그들은 무엇을 바꾸고 싶습니까?
기술의 추가 개발은 더 많은 것을 가능하게 합니다.측정 정확도를 더욱 향상시킵니다. 예를 들어 물리학자들은 고전적인 세슘 시계의 대안으로 광학 시계를 사용할 것을 제안합니다. 이 시계는 스트론튬 및 이터븀과 같은 요소의 고주파 "틱"을 사용하여 시간을 더 작은 덩어리로 분해할 수 있습니다.
지금까지의 어려움은 공식시계만으로는 시간을 생성할 수 없습니다. 계측학자는 전 세계 수백 시간의 판독값을 평균화해야 합니다. 세슘 시계의 경우 마이크로파 신호를 사용하여 시간을 전송할 수 있지만 이러한 방사는 광학 시계의 똑딱거리는 소리를 전송하기에는 주파수가 너무 낮습니다.
반대로, 공기를 통해 신호를 전송하는 것은광학 파장은 공기 중의 분자가 빛을 쉽게 흡수하여 신호 강도를 크게 감소시키기 때문에 마이크로파를 보내는 것만큼 간단하지 않습니다. 또한 난류로 인해 레이저 빔이 대상에서 멀어질 수 있습니다.
그러나 이러한 방향의 변화는예를 들어 최근 중국 과학자들은 117km 거리에서 광학 시계 동기화 작업 결과를 발표했습니다. 이는 종전 기록의 7배다. 이 방향으로의 추가 개발은 초를 결정하는 정확도를 100배 이상 향상시키는 데 도움이 될 것입니다.
도량형회의의 결정에 의함참가자들은 시간을 측정하고 동기화하기 위한 대체 방법을 계속 개발하도록 권장됩니다. 이를 토대로 2026년 차기 회의에서 새로운 표준과 전환 기간에 대한 제안이 공식화될 예정이다.
이테르븀 광학 원자시계. 이미지: NIST
윤초
이것이 여전히 새로운 기준의 문제라면불확실성이 거의 없으면 잠정 표준에 영향을 미칠 또 다른 변경이 마침내 받아들여집니다. 2035년에 이미 세계는 윤초를 버려야 한다.
요점은 정밀 측정으로의 전환에서원자시계에 기초한 시간, 과학자들은 평균 하루가 86,400 표준초와 같지 않다는 것을 발견했습니다. 차이는 몇 밀리초에 불과하지만 시간이 지남에 따라 누적됩니다.
해결책은 윤초였습니다.12월 말이나 6월에 임시로 1초 수정이 적용되었습니다. 이러한 변경은 우리가 사용하는 시간 관리 시스템인 협정 세계시(UTC)가 원자시와 0.9초 이상 차이가 나지 않도록 하기 위해 계획되었습니다.
이러한 변경은 일회성이므로문자, "윤"초는 소프트웨어, 에너지 및 위성 시스템에 큰 어려움을 야기했습니다. 첫째, 다음 윤초가 언제 필요한지 정확히 예측하기 어렵기 때문에 프로그램 개발자는 질서 있고 규칙적인 삽입을 준비할 수 없습니다. 따라서 다양한 네트워크에서 윤초를 포함하기 위해 자체적으로 일관되지 않은 방법을 개발했습니다.
또한 현대 글로벌 컴퓨팅시스템은 더 밀접하게 상호 연결되고 초정확한 타이밍에 더 많이 의존하며 때로는 10억분의 1초까지 떨어집니다. 1초를 더 추가하면 통신 네트워크, 전력 전송, 금융 거래 및 기타 중요한 비즈니스를 담당하는 시스템이 동기화에 실패하거나 실패할 위험이 높아집니다.
이 문제를 피하기 위해 과학자들은2035년부터 이러한 삽입을 단계적으로 중단하기로 결정했습니다. 1972년 이후 지난 50년 동안 UTC와 국제 원자시의 차이는 37초에 불과했으며 즉시 10초가 추가되고 나중에 27초가 추가되었습니다. 과학자들은 2035년까지 누적될 차이를 수정하고 적어도 향후 100년 동안은 바꾸지 않을 것을 제안합니다.
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