Como outras quantidades, a segunda é apenas um conceito relativo baseado em um acordo sobre
Em 1875, 17 países líderes da época, entreque eram, inclusive, a Áustria-Hungria, os Impérios Russo e Otomano, França, Alemanha, Estados Unidos e Brasil, assinaram a Convenção Métrica - um tratado internacional que garante a unidade dos padrões de medição em diferentes países. Para desenvolver princípios uniformes e realizar medições de referência, os estados criaram o Bureau Internacional de Pesos e Medidas.
No 27º Congresso de Pesos e MedidasRepresentantes de diferentes países concordaram que a definição moderna do segundo deixa de satisfazer a precisão exigida das medições e requer revisão. O roteiro prevê que na próxima reunião em quatro anos, os países terão que escolher um novo sistema de referência mais preciso e mudar a redação do segundo.
Primeiras medições de um segundo
Durante séculos, as pessoas mediram o tempo pora rotação da terra. Dos antigos egípcios aos astrônomos gregos e babilônios, a humanidade mudou gradualmente a precisão das medições, o que exigiu novas unidades de tempo e, com o desenvolvimento da tecnologia, sua unificação e sincronização.
Os primeiros relógios mecânicos que apareceram emSéculo XIV, não houve nem minutos. Os mostradores foram divididos em metades, terços, quartos e às vezes até em 12 partes de hora, mas nunca em 60. Os primeiros relógios mecânicos mostrando minutos apareceram no final do século XVI. Ao mesmo tempo, ao contrário dos relógios de sol, que mostravam o tempo aparente, os relógios mecânicos mudavam para o tempo médio.
O fato é que o movimento orbital da Terra em tornoO sol leva a uma duração irregular do dia. O tempo solar aparente usa o tempo entre os dois momentos em que nossa estrela está no zênite como definição de dia. Neste caso, as partes fracionárias (horas e minutos) são determinadas com base no movimento do Sol.
De fato, quando medido com base emsistemas alternativos, por exemplo, o número de movimentos do pêndulo em um relógio mecânico, verifica-se que a duração desses dias é diferente. A duração de um dia solar varia ao longo do ano, e o efeito cumulativo causa desvios sazonais de até 16 minutos em relação à média.
Os primeiros relógios mostrando segundos apareceram emsegunda metade do século XVI. O primeiro relógio de primavera conhecido com ponteiro de segundos: datado de cerca de 1560-1570. Ao mesmo tempo, todos os primeiros análogos eram insuficientemente precisos.
Em 1656, o cientista holandês Christiaan Huygensinventou o primeiro relógio de pêndulo. Ele tinha um pêndulo com pouco menos de um metro de comprimento, que lhe dava um balanço de um segundo, e um mecanismo de gatilho que funcionava a cada segundo. Acredita-se que este foi o primeiro relógio que conseguiu mostrar a hora em segundos com precisão.
Relógio de bolso Henlein, início do século XVI. Imagem: Germanisches National Museum
De uma fração de dia à rotação orbital da Terra e medições atômicas
No final do século 19, a precisão da medição de segundosatingiram tais alturas que formaram a base do sistema métrico internacional da ISS, que foi fixado pela Conferência Geral de Pesos e Medidas em 1889. O metro foi aprovado como unidade básica de comprimento, o quilograma para peso e o segundo para tempo. O último foi definido como 1/86400 do dia solar médio.
Como a órbita da Terra em torno do Solmais estável do que a rotação de um planeta em torno de seu eixo, esta definição foi posteriormente alterada e expressa em termos de uma fração de ano: 1/31.556.925,9747 anos. Ao mesmo tempo, para reduzir ainda mais a incerteza, foi utilizada uma escala de tempo de efemérides, calculada com base na posição das órbitas dos planetas e estrelas em 1900.
Em 1967, após décadas de pesquisa,os cientistas abandonaram o método de rotação da Terra e redefiniram o tempo, em vez disso medindo os movimentos das partículas dentro de um átomo. Em particular, a definição atual usa a ressonância de frequência natural do césio-133 para calcular. A partir desse momento, o segundo é determinado por um valor numérico fixo da frequência de vibração do átomo de césio.
Como funciona o tempo atômico?
As primeiras escalas de tempo atômico consistiam emrelógios de quartzo com frequências calibradas apenas com relógios atômicos. Eles são baseados em um sistema de átomos que pode estar em um dos dois estados de energia possíveis.
Um grupo de átomos em um estado sofreradiação de microondas. Se a radiação tiver a frequência certa, vários átomos passarão para um estado de energia diferente. Quanto mais próxima a frequência estiver da frequência de vibração natural dos átomos, mais átomos mudarão de estado.
Isso permite um ajuste de frequência muito preciso.radiação de micro-ondas. Uma vez que a radiação de micro-ondas é sintonizada em uma frequência conhecida, ela pode ser usada como um gerador de tempo para medir o tempo decorrido.
O Tempo Atômico Internacional éuma média ponderada no tempo de mais de 450 relógios atômicos em mais de 80 laboratórios nacionais em todo o mundo. Essa abordagem nos permite evitar distorções associadas à dilatação do tempo gravitacional.
As horas em diferentes instituições são regularmente comparadasuns com os outros usando comunicações via satélite e GPS. O Bureau International des Poids et Mesures (BIPM, França) combina essas medições para calcular uma média ponderada retrospectiva que forma a escala de tempo mais estável possível.
O primeiro relógio atômico do mundo. Imagem: National Physical Laboratory, Domínio público, via Wikimedia Commons
O que eles querem mudar?
Um maior desenvolvimento da tecnologia permite ainda maismelhorar ainda mais a precisão da medição. Por exemplo, como alternativa ao clássico relógio de césio, os físicos sugerem o uso de um relógio óptico. Esses relógios usam o "tique-taque" de frequência mais alta de elementos como estrôncio e itérbio, permitindo que eles dividam o tempo em pedaços ainda menores.
A dificuldade até agora reside no fato de que o funcionárioo tempo não pode ser gerado usando apenas relógios. Os metrologistas devem fazer a média das leituras de centenas de horas em todo o mundo. Para relógios de césio, o tempo pode ser transmitido usando sinais de micro-ondas, mas essa radiação é de frequência muito baixa para transmitir o tique-taque de um relógio óptico.
Pelo contrário, a transmissão de sinais através do ar paraOs comprimentos de onda ópticos não são tão simples quanto enviar microondas porque as moléculas no ar absorvem facilmente a luz, reduzindo drasticamente a intensidade do sinal. Além disso, a turbulência pode direcionar o feixe de laser para longe do alvo.
No entanto, mudanças nessa direção sãoprogresso, por exemplo, recentemente cientistas chineses apresentaram os resultados de seu trabalho na sincronização de relógios ópticos a uma distância de 117 km. Isso é sete vezes o recorde anterior. O desenvolvimento adicional nessa direção ajudará a melhorar a precisão da determinação do segundo em 100 vezes ou mais.
Por decisão da Conferência de Pesos e Medidasos participantes são incentivados a continuar desenvolvendo métodos alternativos para medir e sincronizar o tempo. Com base neles, propostas para um novo padrão e período de transição serão formuladas até a próxima reunião em 2026.
Relógio atômico óptico de itérbio. Imagem: NIST
Segundo salto
Se isso ainda é uma questão do novo padrãopouca incerteza, então outra mudança que afetará os padrões provisórios é finalmente aceita. Já em 2035, o mundo deve abandonar os segundos bissextos.
A questão é que na transição para a medição precisaCom base em relógios atômicos, os cientistas descobriram que o dia médio não é igual a 86.400 segundos padrão. A diferença é de apenas alguns milissegundos, mas se acumula com o tempo.
A solução foram segundos bissextos:correções de um segundo foram aplicadas no final de dezembro ou junho, numa base ad hoc. As mudanças foram planejadas para garantir que o sistema de cronometragem que usamos, o Tempo Universal Coordenado (UTC), nunca difira mais de 0,9 segundos do tempo atômico.
Uma vez que tais mudanças foram uma vezcaráter, segundos "sextos" criaram grandes dificuldades para sistemas de software, energia e satélite. Primeiro, é difícil prever exatamente quando o próximo segundo bissexto é necessário, então os desenvolvedores de programas não podem se preparar para inserções regulares e ordenadas. Portanto, várias redes desenvolveram seus próprios métodos inconsistentes para incluir o segundo bissexto.
Além disso, a computação global modernaos sistemas tornaram-se mais estreitamente interligados e mais dependentes de uma sincronização ultraprecisa, por vezes até bilionésimos de segundo. Adicionar um segundo extra aumenta o risco de os sistemas responsáveis pelas redes de telecomunicações, transmissão de energia, transações financeiras e outros negócios vitais falharem ou não conseguirem sincronizar.
Para evitar esse problema, os cientistas adotarama decisão de abandonar essas inserções a partir de 2035. Desde 1972, nos últimos 50 anos, a diferença entre o UTC e o Tempo Atômico Internacional tem sido de apenas 37 s, com 10 s adicionados imediatamente e outros 27 s inseridos posteriormente. Os cientistas propõem corrigir a diferença que se acumulará até 2035 e não alterá-la pelo menos nos próximos 100 anos.
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