Kaip ir kiti dydžiai, antrasis yra tik santykinė sąvoka, pagrįsta susitarimu apie
1875 m. 17 pirmaujančių to meto šalių, tarpkurios buvo, įskaitant, Austrija-Vengrija, Rusijos ir Osmanų imperijos, Prancūzija, Vokietija, JAV ir Brazilija, pasirašė Metrinę konvenciją – tarptautinę sutartį, užtikrinančią matavimo etalonų vienodumą įvairiose šalyse. Siekdamos sukurti vienodus principus ir atlikti etaloninius matavimus, valstybės įkūrė Tarptautinį svorių ir matų biurą.
27-ojoje svorių ir matų konferencijojeĮvairių šalių atstovai sutiko, kad šiuolaikinis antrojo apibrėžimas nebetenkina reikalaujamo matavimų tikslumo ir jį reikia peržiūrėti. Veiksmų plane numatyta, kad kitame po ketverių metų posėdyje šalys turės pasirinkti naują, tikslesnę atskaitos sistemą ir pakeisti antrosios formuluotę.
Pirmieji sekundės matavimai
Šimtmečius žmonės matavo laiką pagalžemės sukimąsi. Nuo senovės egiptiečių iki graikų astronomų ir babiloniečių žmonija pamažu keitė matavimų tikslumą, todėl reikėjo naujų laiko vienetų, o tobulėjant technologijoms – jų suvienodinimas ir sinchronizavimas.
Patys pirmieji mechaniniai laikrodžiai, kurie pasirodė mXIV amžiuje nebuvo net minučių. Ciferblatai buvo padalinti į pusę, trečdalius, ketvirčius, o kartais net į 12 valandos dalių, bet niekada į 60. Pirmieji mechaniniai laikrodžiai, rodantys minutes, pasirodė XVI amžiaus pabaigoje. Tuo pačiu metu, skirtingai nei saulės laikrodžiai, rodantys regimąjį laiką, mechaniniai laikrodžiai perjungė į vidutinį laiką.
Faktas yra tas, kad orbitinis Žemės judėjimas aplinkuiSaulė lemia netolygią dienos trukmę. Tariamasis Saulės laikas kaip dienos apibrėžimas naudoja laiką tarp dviejų kartų, kai mūsų žvaigždė yra savo zenite. Šiuo atveju trupmeninės dalys (valandos ir minutės) nustatomos pagal Saulės judėjimą.
Tiesą sakant, matuojant remiantisalternatyvių sistemų, pavyzdžiui, švytuoklės judesių skaičius mechaniniame laikrodyje, pasirodo, kad tokių dienų trukmė skiriasi. Saulės dienos trukmė kinta ištisus metus, o dėl kumuliacinio poveikio sezoniniai nukrypimai nuo vidurkio siekia iki 16 minučių.
Pasirodė pirmieji laikrodžiai, rodantys sekundesantroji pusė XVI a. Ankstyviausias žinomas pavasario laikrodis su sekundėle: datuojamas maždaug 1560–1570 m. Tuo pačiu metu visi pirmieji analogai buvo nepakankamai tikslūs.
Olandų mokslininkas Christianas Huygensas 1656 mišrado pirmąjį švytuoklinį laikrodį. Jame buvo šiek tiek mažiau nei metro ilgio švytuoklė, kuri leido svyruoti vieną sekundę, ir paleidimo mechanizmą, kuris tiksi kas sekundę. Manoma, kad tai buvo pirmasis laikrodis, galintis tiksliai rodyti laiką sekundėmis.
Henleino kišeninis laikrodis, XVI amžiaus pradžia. Nuotrauka: Germanisches National Museum
Nuo paros dalies iki Žemės sukimosi orbitoje ir atominių matavimų
Iki XIX amžiaus pabaigos sekundžių matavimo tikslumaspasiekė tokias aukštumas, kad sudarė tarptautinės TKS metrinės sistemos pagrindą, kurį 1889 m. nustatė Generalinė svorių ir matų konferencija. Metras buvo patvirtintas kaip pagrindinis ilgio vienetas, kilogramas – svoriui, antras – laikui. Pastaroji buvo apibrėžta kaip 1/86400 vidutinės saulės dienos.
Kadangi Žemė skrieja aplink Saulęstabilesnis nei planetos sukimasis aplink savo ašį, vėliau šis apibrėžimas buvo pakeistas ir išreikštas metų dalimi: 1 ⁄ 31 556 925,9747 metų. Tuo pačiu metu, siekiant dar labiau sumažinti neapibrėžtumą, buvo naudojama efemerido laiko skalė, apskaičiuota pagal planetų ir žvaigždžių orbitų padėtį 1900 m.
Po dešimtmečius trukusių tyrimų 1967 m.mokslininkai atsisakė Žemės sukimosi metodo ir iš naujo apibrėžė laiką, vietoj to matavo dalelių judėjimą atome. Visų pirma, dabartinis apibrėžimas naudoja cezio-133 natūralaus dažnio rezonansą. Nuo to momento antrasis nustatomas pagal fiksuotą skaitinę cezio atomo virpesių dažnio vertę.
Kaip veikia atominis laikas?
Ankstyvosios atominės laiko skalės susideda iškvarciniai laikrodžiai, kurių dažniai kalibruoti naudojant vien atominius laikrodžius. Jie yra pagrįsti atomų sistema, kuri gali būti vienoje iš dviejų galimų energijos būsenų.
Vienoje būsenoje vyksta atomų grupėmikrobangų spinduliuotė. Jei spinduliuotės dažnis yra tinkamas, kai kurie atomai pereis į kitą energijos būseną. Kuo dažnis artimesnis natūraliam atomų virpesių dažniui, tuo daugiau atomų persijungs.
Tai leidžia labai tiksliai nustatyti dažnį.mikrobangų spinduliuotė. Kai mikrobangų spinduliuotė sureguliuojama iki žinomo dažnio, ji gali būti naudojama kaip laiko generatorius, leidžiantis matuoti praėjusį laiką.
Tarptautinis atominis laikas yralaiko svertinis vidurkis – daugiau nei 450 atominių laikrodžių daugiau nei 80 nacionalinių laboratorijų visame pasaulyje. Šis metodas leidžia išvengti iškraipymų, susijusių su gravitaciniu laiko išsiplėtimu.
Reguliariai lyginamos valandos skirtingose įstaigosetarpusavyje naudojant palydovinį ryšį ir GPS. „Bureau International des Poids et Mesures“ (BIPM, Prancūzija) sujungia šiuos matavimus, kad apskaičiuotų retrospektyvų svertinį vidurkį, kuris sudaro stabiliausią įmanomą laiko skalę.
Pirmasis pasaulyje atominis laikrodis. Vaizdas: Nacionalinė fizinė laboratorija, viešoji nuosavybė, per Wikimedia Commons
Ką jie nori pakeisti?
Tolesnė technologijų plėtra leidžia dar daugiaudar labiau pagerinti matavimo tikslumą. Pavyzdžiui, kaip alternatyvą klasikiniam cezio laikrodžiui fizikai siūlo naudoti optinį laikrodį. Šie laikrodžiai naudoja aukštesnio dažnio elementų, tokių kaip stroncis ir iterbis, „tiksėjimą“, leidžiantį suskaidyti laiką į dar mažesnius gabalus.
Sunkumas iki šiol slypi tame, kad pareigūnaslaiko negalima generuoti naudojant vien laikrodžius. Metrologai turi apskaičiuoti šimtų valandų rodmenų vidurkį visame pasaulyje. Cezio laikrodžiams laikas gali būti perduodamas naudojant mikrobangų signalus, tačiau tokia spinduliuotė yra per žemo dažnio, kad galėtų perduoti optinio laikrodžio tiksėjimą.
Priešingai, signalų perdavimas oru įOptinių bangų ilgiai nėra tokie paprasti kaip mikrobangų siuntimas, nes ore esančios molekulės lengvai sugeria šviesą, smarkiai sumažindamos signalo stiprumą. Be to, turbulencija gali nukreipti lazerio spindulį nuo taikinio.
Tačiau pokyčiai šia kryptimi yrapažanga, pavyzdžiui, neseniai Kinijos mokslininkai pristatė savo darbo rezultatus, susijusius su optinių laikrodžių sinchronizavimu 117 km atstumu. Tai septynis kartus viršija ankstesnį rekordą. Tolesnė plėtra šia kryptimi padės 100 ar daugiau kartų pagerinti antrojo nustatymo tikslumą.
Svorių ir matų konferencijos sprendimudalyviai raginami toliau kurti alternatyvius laiko matavimo ir sinchronizavimo metodus. Jų pagrindu iki kito posėdžio 2026 metais bus suformuluoti pasiūlymai dėl naujo standarto ir pereinamojo laikotarpio.
Iterbio optinis atominis laikrodis. Vaizdas: NIST
Šuolis antras
Jei tai vis dar naujojo standarto klausimasmažai neapibrėžtumo, tada galiausiai priimamas kitas pakeitimas, kuris turės įtakos laikiniesiems standartams. Jau 2035 metais pasaulis turėtų atsisakyti šuolio sekundžių.
Esmė ta, kad pereinant prie tikslaus matavimolaiką, pagrįstą atominiais laikrodžiais, mokslininkai išsiaiškino, kad vidutinė dienos trukmė nėra lygi 86 400 standartinių sekundžių. Skirtumas yra tik kelios milisekundės, bet laikui bėgant kaupiasi.
Sprendimas buvo kelios sekundės:Gruodžio pabaigoje arba birželio mėn. ad hoc pagrindu buvo pritaikyta viena antra korekcija. Pakeitimai buvo numatyti siekiant užtikrinti, kad mūsų naudojama laiko matavimo sistema – koordinuotasis pasaulinis laikas (UTC) – niekada nesiskirtų nuo atominio laiko daugiau nei 0,9 sekundės.
Kadangi tokie pakeitimai buvo vienkartiniaicharakterio, „šuolio“ sekundės sukėlė didelių sunkumų programinei įrangai, energijai ir palydovinėms sistemoms. Pirma, sunku tiksliai nuspėti, kada reikės kitos šuolio sekundės, todėl programų kūrėjai negali pasiruošti tvarkingiems, reguliariems įterpimams. Todėl įvairūs tinklai sukūrė savo nenuoseklius metodus, kaip įtraukti šuolio sekundę.
Be to, šiuolaikinė globali kompiuterijasistemos tapo glaudžiau tarpusavyje susijusios ir labiau priklausomos nuo itin tikslaus laiko, kartais iki milijardinių sekundės dalių. Pridėjus papildomą sekundę, padidėja rizika, kad sistemos, atsakingos už telekomunikacijų tinklus, energijos perdavimą, finansines operacijas ir kitas gyvybiškai svarbias veiklas, suges arba nepavyks sinchronizuoti.
Norėdami išvengti šios problemos, mokslininkai priėmėsprendimas laipsniškai panaikinti šiuos įdėklus nuo 2035 m. Nuo 1972 m., per pastaruosius 50 metų, skirtumas tarp UTC ir tarptautinio atominio laiko buvo tik 37 s, iš karto pridedama 10 s, o vėliau - dar 27 s. Mokslininkai siūlo fiksuoti skirtumą, kuris bus sukauptas iki 2035 m., ir jo nekeisti bent artimiausius 100 metų.
Skaityti daugiau:
Netrukus Žemę užklups magnetinė audra
Atskleidžiama tikroji mumifikacijos prasmė: visą tą laiką mokslininkai klydo
Pagrindinis Mėnulio misijos pavojus pavadintas „Artemis“