Ca și alte cantități, a doua este doar un concept relativ care se bazează pe un acord despre
În 1875, 17 ţări fruntaşe ale acelei vremuri, printrecare au fost, inclusiv, Austro-Ungaria, Imperiul Rus și Otoman, Franța, Germania, Statele Unite și Brazilia, au semnat Convenția Metrica - un tratat internațional care asigură unitatea standardelor de măsură în diferite țări. Pentru a dezvolta principii uniforme și a efectua măsurători de referință, statele au creat Biroul Internațional de Greutăți și Măsuri.
La cea de-a 27-a Conferință despre Greutăți și MăsuriReprezentanții diferitelor țări au convenit că definiția modernă a celei de-a doua încetează să satisfacă precizia necesară a măsurătorilor și necesită revizuire. Foaia de parcurs prevede că, la următoarea întâlnire din patru ani, țările vor trebui să aleagă un sistem de referință nou, mai precis și să schimbe formularea celui de-al doilea.
Primele măsurători dintr-o secundă
Timp de secole, oamenii au măsurat timpul prinrotația pământului. De la vechii egipteni la astronomii greci și babilonieni, omenirea a schimbat treptat acuratețea măsurătorilor, ceea ce a necesitat noi unități de timp, iar odată cu dezvoltarea tehnologiei, unificarea și sincronizarea lor.
Primele ceasuri mecanice care au apărut însecolul al XIV-lea, nici măcar minute nu au fost. Cadranele erau împărțite în jumătăți, treimi, sferturi și uneori chiar în 12 părți de oră, dar niciodată în 60. Primele ceasuri mecanice care arătau minutele au apărut spre sfârșitul secolului al XVI-lea. În același timp, spre deosebire de cadranele solare, care arătau timpul aparent, ceasurile mecanice au trecut la timpul mediu.
Faptul este că mișcarea orbitală a Pământului în jurSoarele duce la lungimea neuniformă a zilei. Timpul solar aparent folosește timpul dintre cele două momente în care steaua noastră se află la zenit ca definiție a zilei. În acest caz, părțile fracționale (ore și minute) sunt determinate pe baza mișcării Soarelui.
De fapt, atunci când se măsoară pe bazasisteme alternative, de exemplu, numărul de mișcări ale pendulului într-un ceas mecanic, se dovedește că durata unor astfel de zile este diferită. Durata unei zile solare variază de-a lungul anului, iar efectul cumulat provoacă abateri sezoniere de până la 16 minute de la medie.
Au apărut primele ceasuri care arătau secundelea doua jumătate a secolului al XVI-lea. Cel mai devreme cunoscut ceas de primăvară cu a doua a doua: datat în jurul anilor 1560–1570. În același timp, toți primii analogi au fost insuficient de precise.
În 1656, omul de știință olandez Christiaan Huygensa inventat primul ceas cu pendul. Avea un pendul lung de puțin sub un metru, ceea ce îi dădea o balansare de o secundă și un mecanism de declanșare care bifaia în fiecare secundă. Se crede că acesta a fost primul ceas care a putut arăta cu precizie timpul în secunde.
Ceas de buzunar Henlein, începutul secolului al XVI-lea. Imagine: Muzeul Național Germanisches
De la o fracțiune de zi până la rotația orbitală a Pământului și măsurătorile atomice
Până la sfârșitul secolului al XIX-lea, precizia de măsurare a secundelorau atins astfel de înălțimi încât au stat la baza sistemului metric internațional al ISS, care a fost stabilit de Conferința Generală pentru Greutăți și Măsuri în 1889. Contorul a fost aprobat ca unitate de bază de lungime, kilogramul pentru greutate și al doilea pentru timp. Acesta din urmă a fost definit ca 1/86400 din ziua solară medie.
De când orbita Pământului în jurul Soareluimai stabilă decât rotația unei planete în jurul axei sale, această definiție a fost ulterior modificată și exprimată în termeni de fracție de an: 1 ⁄ 31.556.925,9747 de an. Totodată, pentru a reduce și mai mult incertitudinea, a fost folosită o scară de timp efemeride, calculată pe baza poziției orbitelor planetelor și stelelor în anul 1900.
În 1967, după decenii de cercetări,oamenii de știință au abandonat metoda de rotație a Pământului și au redefinit timpul, măsurând în schimb mișcările particulelor dintr-un atom. În special, definiția actuală utilizează rezonanța frecvenței naturale a cesiului-133 pentru a calcula. Din acel moment, al doilea este determinat de o valoare numerică fixă a frecvenței vibrațiilor atomului de cesiu.
Cum funcționează timpul atomic?
Scale de timp atomice timpurii constau înceasuri de cuarț cu frecvențe calibrate numai folosind ceasuri atomice. Ele se bazează pe un sistem de atomi care se pot afla în una dintre cele două stări energetice posibile.
Un grup de atomi într-o stare suferăradiații cu microunde. Dacă radiația are frecvența potrivită, un număr de atomi se vor muta într-o stare de energie diferită. Cu cât frecvența este mai aproape de frecvența naturală de vibrație a atomilor, cu atât mai mulți atomi vor schimba stările.
Acest lucru permite reglarea foarte precisă a frecvenței.radiații cu microunde. Odată ce radiația cu microunde este reglată la o frecvență cunoscută, aceasta poate fi folosită ca generator de sincronizare pentru a măsura timpul scurs.
Timpul atomic internațional esteo medie ponderată în timp de peste 450 de ceasuri atomice în peste 80 de laboratoare naționale din întreaga lume. Această abordare ne permite să evităm distorsiunile asociate cu dilatarea gravitațională a timpului.
Orele din diferite instituții sunt comparate în mod regulatîntre ele folosind comunicații prin satelit și GPS. Bureau International des Poids et Mesures (BIPM, Franța) combină aceste măsurători pentru a calcula o medie ponderată retrospectivă care formează cea mai stabilă scală de timp posibilă.
Primul ceas atomic din lume. Imagine: Laboratorul Național de Fizică, Domeniu public, prin Wikimedia Commons
Ce vor ei să schimbe?
Dezvoltarea ulterioară a tehnologiei permite și mai multimbunatateste in continuare precizia masurarii. De exemplu, ca o alternativă la ceasul clasic de cesiu, fizicienii sugerează utilizarea unui ceas optic. Aceste ceasuri folosesc „ticul” cu frecvență mai mare a unor elemente precum stronțiul și itterbiul, permițându-le să descompună timpul în bucăți și mai mici.
Dificultatea de până acum constă în faptul că oficialultimpul nu poate fi generat numai folosind ceasurile. Metrologii trebuie să facă o medie a citirilor de sute de ore din întreaga lume. Pentru ceasurile cu cesiu, timpul poate fi transmis folosind semnale cu microunde, dar o astfel de radiație are o frecvență prea mică pentru a transmite ticăitul unui ceas optic.
Dimpotrivă, transmiterea semnalelor prin aer cătreLungimile de undă optice nu sunt la fel de simple ca trimiterea de microunde, deoarece moleculele din aer absorb ușor lumina, reducând dramatic puterea semnalului. În plus, turbulența poate direcționa fasciculul laser departe de țintă.
Cu toate acestea, schimbările în această direcție suntprogresul, de exemplu, recent oamenii de știință chinezi au prezentat rezultatele muncii lor privind sincronizarea ceasurilor optice la o distanță de 117 km. Acesta este de șapte ori recordul anterior. Dezvoltarea ulterioară în această direcție va ajuta la îmbunătățirea preciziei determinării secundei de 100 de ori sau mai mult.
Prin hotărârea Conferinței privind greutățile și măsurileparticipanții sunt încurajați să continue să dezvolte metode alternative de măsurare și sincronizare a timpului. Pe baza acestora, propunerile pentru un nou standard și perioadă de tranziție vor fi formulate până la următoarea întâlnire din 2026.
Ceas atomic optic cu itterbiu. Imagine: NIST
Treci secundă
Dacă aceasta este încă o problemă a noului standardușoară incertitudine, apoi o altă modificare care va afecta standardele temporare este în sfârșit acceptată. Deja în 2035, lumea ar trebui să renunțe la secundele bisecătoare.
Faptul este că atunci când treceți la o măsurătoare precisăPe baza ceasurilor atomice, oamenii de știință au descoperit că o zi medie nu este egală cu 86.400 de secunde standard. Diferența este de doar câteva milisecunde, dar se adună în timp.
Soluția a fost secunde bisecătoare:corecții de o secundă au fost aplicate la sfârșitul lunii decembrie sau iunie, în mod ad-hoc. Modificările au fost planificate pentru a ne asigura că sistemul de cronometrare pe care îl folosim, Ora universală coordonată (UTC), nu diferă niciodată cu mai mult de 0,9 secunde de ora atomică.
Întrucât astfel de schimbări au fost o singură datănatura, secundele „secătoare” au creat mari dificultăți pentru software, energie și sisteme de satelit. În primul rând, este dificil de prezis exact când va fi necesară următoarea secundă biseclă, astfel încât dezvoltatorii de programe nu se pot pregăti pentru inserări ordonate și regulate. Prin urmare, diferite rețele și-au dezvoltat propriile metode inconsecvente pentru încorporarea secundelor de sarcină.
Mai mult, computerul global modernsistemele au devenit mai strâns interconectate și mai dependente de sincronizarea ultra-preciză, uneori până la miliarde de secundă. Adăugarea unei secunde în plus crește riscul ca sistemele responsabile pentru rețelele de telecomunicații, transportul energiei, tranzacțiile financiare și alte afaceri vitale să eșueze sau să nu se sincronizeze.
Pentru a evita această problemă, oamenii de știință au adoptatdecizia de a abandona aceste inserturi din 2035. Din 1972, în ultimii 50 de ani, diferența dintre UTC și ora atomică internațională a fost de doar 37 s, cu 10 s adăugate imediat și alte 27 s introduse mai târziu. Oamenii de știință propun să remedieze diferența care se va acumula până în 2035 și să nu o schimbe cel puțin în următorii 100 de ani.
Citeste mai mult:
O furtună magnetică este pe cale să lovească Pământul
Adevărata semnificație a mumificării este dezvăluită: în tot acest timp, oamenii de știință s-au înșelat
Numit principalul pericol al misiunii lunare „Artemis”