Tāpat kā citi lielumi, arī otrais ir tikai relatīvs jēdziens, kura pamatā ir vienošanās par
1875. gadā 17 tā laika vadošās valstis, tostarpkurā cita starpā ietilpa Austrija-Ungārija, Krievijas un Osmaņu impērijas, Francija, Vācija, ASV un Brazīlija, parakstīja Metrikas konvenciju - starptautisku līgumu, kas nodrošina mērīšanas etalonu vienveidību dažādās valstīs. Lai izstrādātu vienotus principus un veiktu references mērījumus, valstis izveidoja Starptautisko svaru un mēru biroju.
27. svaru un mēru konferencēPārstāvji no dažādām valstīm bija vienisprātis, ka otrā mūsdienu definīcija vairs neatbilst prasītajai mērījumu precizitātei un ir jāpārskata. Ceļvedis paredz, ka nākamajā sanāksmē pēc četriem gadiem valstīm būs jāizvēlas jauns, precīzāks atskaites ietvars un jāmaina otrā formulējums.
Otrā pirmie mērījumi
Gadsimtiem ilgi cilvēki ir mērījuši laiku pēcZemes rotācija. No senajiem ēģiptiešiem līdz grieķu astronomiem un babiloniešiem cilvēce pakāpeniski mainīja mērījumu precizitāti, kas prasīja jaunas laika vienības, un, attīstoties tehnoloģijām, to unifikācija un sinhronizācija.
Paši pirmie mehāniskie pulksteņi, kas parādījāsXIV gadsimtā nebija pat minūšu. Ciparnīcas tika sadalītas uz pusēm, trešdaļām, ceturtdaļām un dažreiz pat 12 stundas daļās, bet nekad uz 60. Pirmie mehāniskie pulksteņi, kas rāda minūtes, parādījās 16. gadsimta beigās. Turklāt atšķirībā no saules pulksteņiem, kas rādīja šķietamo laiku, mehāniskie pulksteņi pārslēdzās uz vidējo laiku.
Fakts ir tāds, ka Zemes orbitālā kustība apkārtSaule rada nevienmērīgu dienas garumu. Šķietamais saules laiks kā dienas definīciju izmanto laiku starp diviem laikiem, kad mūsu zvaigzne atrodas zenītā. Šajā gadījumā daļdaļas (stundas un minūtes) tiek noteiktas, pamatojoties uz Saules kustību.
Faktiski, mērot, pamatojoties uzalternatīvas sistēmas, piemēram, svārsta kustību skaits mehāniskajā pulkstenī, izrādās, ka šādu dienu ilgums ir atšķirīgs. Saules dienas garums mainās visu gadu, un kumulatīvais efekts izraisa sezonālās novirzes no vidējā līdz 16 minūtēm.
Parādījās pirmie pulksteņi, kas rāda sekundes16. gadsimta otrā puse. Agrākais zināmais pavasara pulkstenis ar sekunžu rādītāju: datēts ar aptuveni 1560.–1570. gadu. Tajā pašā laikā visi pirmie analogi nebija pietiekami precīzi.
1656. gadā holandiešu zinātnieks Kristians Huigenssizgudroja pirmo svārsta pulksteni. Tam bija svārsts, kas bija nedaudz mazāks par metru, kas deva tam vienu sekundi, un sprūda mehānisms, kas tikšķēja katru sekundi. Tiek uzskatīts, ka šis bija pirmais pulkstenis, kas varēja precīzi parādīt laiku sekundēs.
Henlein kabatas pulkstenis, 16. gadsimta sākums. Attēls: Germanisches National Museum
No dienas daļas līdz Zemes orbītas rotācijai un atomu mērījumiem
Līdz 19. gadsimta beigām sekunžu mērīšanas precizitātesasniedza tādus augstumus, ka tie veidoja pamatu starptautiskajai metriskajai sistēmai ISS, ko 1889. gadā nostiprināja Ģenerālsvaru un mēru konference. Garuma pamatvienība bija metrs, svars - kilograms un laiks - sekunde. Turklāt pēdējais tika definēts kā 1/86400 no vidējās saules dienas.
Kopš Zemes orbītas ap Saulistabilāka nekā planētas griešanās ap savu asi, šī definīcija vēlāk tika mainīta un izteikta gada daļā: 1 ⁄ 31 556 925,9747 gada. Tajā pašā laikā, lai vēl vairāk samazinātu nenoteiktību, tika izmantota efemerīda laika skala, kas aprēķināta, pamatojoties uz planētu un zvaigžņu orbītu stāvokli 1900. gadā.
Pēc desmitiem gadu ilgas izpētes 1967.zinātnieki atteicās no Zemes rotācijas metodes un no jauna definēja laiku, tā vietā mērot daļiņu kustības atoma iekšienē. Jo īpaši pašreizējā definīcijā aprēķiniem tiek izmantota cēzija-133 dabiskās frekvences rezonanse. No šī brīža otro nosaka fiksēta cēzija atoma vibrācijas frekvences skaitliskā vērtība.
Kā darbojas atomu laiks?
Agrīnās atomu laika skalas sastāvēja nokvarca pulksteņi ar frekvencēm, kas kalibrētas, izmantojot tikai atompulksteņus. To pamatā ir atomu sistēma, kas var būt vienā no diviem iespējamiem enerģijas stāvokļiem.
Iziet atomu grupa vienā stāvoklīmikroviļņu starojums. Ja starojumam ir pareizā frekvence, vairāki atomi pāriet uz citu enerģijas stāvokli. Jo tuvāk frekvence ir atomu dabiskajai vibrācijas frekvencei, jo vairāk atomu pārslēgsies stāvokļos.
Tas ļauj ļoti precīzi pielāgot frekvencimikroviļņu starojums. Kad mikroviļņu starojums ir noregulēts uz zināmu frekvenci, to var izmantot kā hronometrāžas ģeneratoru, lai izmērītu pagājušo laiku.
Starptautiskais atomlaiks irvidējais laika svērtais rādītājs ir vairāk nekā 450 atompulksteņi vairāk nekā 80 nacionālajās laboratorijās visā pasaulē. Šī pieeja ļauj mums izvairīties no izkropļojumiem, kas saistīti ar gravitācijas laika paplašināšanos.
Stundu laiks dažādās iestādēs tiek regulāri salīdzinātssavā starpā, izmantojot satelīta sakarus un GPS. Starptautiskais svaru un mēru birojs (BIPM, Francija) apvieno šos mērījumus, lai retrospektīvi aprēķinātu vidējo svērto vērtību, kas nodrošina visstabilāko iespējamo laika skalu.
Pasaulē pirmais atompulkstenis. Attēls: Nacionālā fiziskā laboratorija, publiskais īpašums, izmantojot Wikimedia Commons
Ko viņi vēlas mainīt?
Turpmāka tehnoloģiju attīstība ļaujvēl vairāk uzlabo mērījumu precizitāti. Piemēram, kā alternatīvu klasiskajam cēzija pulkstenim fiziķi ierosina izmantot optiskos pulksteņus. Šie pulksteņi izmanto augstākas frekvences "ērces" no tādiem elementiem kā stroncijs un iterbijs, ļaujot tiem sadalīt laiku vēl mazākos gabalos.
Pagaidām grūtības ir tādas, ka ierēdnislaiku nevar ģenerēt, izmantojot tikai pulksteni. Metrologiem ir jānorāda vidējie rādījumi no simtiem stundu visā pasaulē. Cēzija pulksteņiem laiku var pārraidīt, izmantojot mikroviļņu signālus, taču šāds starojums ir pārāk zemas frekvences, lai pārraidītu optiskā pulksteņa tikšķus.
Gluži pretēji, signālu pārraide pa gaisu uzOptiskie viļņu garumi nav tik vienkārši kā mikroviļņu nosūtīšana, jo gaisā esošās molekulas viegli absorbē gaismu, ievērojami samazinot signāla stiprumu. Turklāt turbulence var novirzīt lāzera staru prom no mērķa.
Tomēr izmaiņas šajā virzienā notiekprogresa veidi, piemēram, Ķīnas zinātnieki nesen iepazīstināja ar sava darba rezultātiem optisko pulksteņu sinhronizācijā 117 km attālumā. Tas ir septiņas reizes vairāk nekā iepriekšējais rekords. Turpmāka attīstība šajā virzienā palīdzēs uzlabot otrās noteikšanas precizitāti 100 vai vairāk reižu.
Ar svaru un mēru konferences lēmumudalībnieki tiek mudināti turpināt izstrādāt alternatīvas metodes laika mērīšanai un sinhronizēšanai. Pamatojoties uz tiem, līdz nākamajai sanāksmei 2026. gadā tiks formulēti priekšlikumi jaunam standartam un pārejas periodam.
Iterbija optiskais atompulkstenis. Attēls: NIST
Lēciens otrais
Ja tas joprojām ir jaunā standarta jautājumsneliela nenoteiktība, tad beidzot tiek pieņemtas citas izmaiņas, kas ietekmēs pagaidu standartus. Jau 2035. gadā pasaulei vajadzētu atteikties no lēciena sekundēm.
Fakts ir tāds, ka, pārejot uz precīzu mērījumuPamatojoties uz atomu pulksteņiem, zinātnieki ir noskaidrojuši, ka vidējā diena nav vienāda ar 86 400 standarta sekundēm. Atšķirība ir tikai dažas milisekundes, bet laika gaitā palielinās.
Risinājums bija lēciena sekundes:vienas sekundes korekcijas tika piemērotas ad hoc decembra beigās vai jūnijā. Izmaiņas tika plānotas, lai nodrošinātu, ka mūsu izmantotā laika skaitīšanas sistēma, koordinētais universālais laiks (UTC), nekad neatšķiras no atomlaika par vairāk nekā 0,9 sekundēm.
Tā kā šādas izmaiņas bija vienreizējasdaba, "lēciena" sekundes radīja lielas grūtības programmatūrai, enerģētikai un satelītu sistēmām. Pirmkārt, ir grūti precīzi paredzēt, kad būs nepieciešama nākamā lēciena sekunde, tāpēc programmu izstrādātāji nevar sagatavoties kārtīgai, regulārai ievietošanai. Tāpēc dažādi tīkli ir izstrādājuši savas nekonsekventas metodes lēcienu sekunžu iekļaušanai.
Turklāt mūsdienu globālā skaitļošanasistēmas ir kļuvušas ciešāk savstarpēji saistītas un vairāk atkarīgas no īpaši precīzas sinhronizācijas, dažkārt pat līdz sekundes miljarddaļām. Papildu sekundes pievienošana palielina risku, ka sistēmas, kas ir atbildīgas par telekomunikāciju tīkliem, enerģijas pārvadi, finanšu darījumiem un citiem svarīgiem darījumiem, neizdosies vai neizdosies sinhronizēties.
Lai izvairītos no šīs problēmas, zinātnieki ir pieņēmušilēmums atteikties no šiem ieliktņiem no 2035. gada. Kopš 1972. gada pēdējo 50 gadu laikā atšķirība starp UTC un starptautisko atomlaiku ir bijusi tikai 37 s, nekavējoties pievienojot 10 s un vēlāk ievietojot vēl 27 s. Zinātnieki piedāvā noteikt atšķirību, kas uzkrāsies līdz 2035. gadam, un nemainīt to vismaz nākamos 100 gadus.
Lasīt vairāk:
Zemi drīz sasniegs magnētiskā vētra
Tiek atklāta mumifikācijas patiesā nozīme: visu šo laiku zinātnieki kļūdījās
Nosaukts par Mēness misijas "Artemis" galvenajām briesmām