Podobne ako iné veličiny, aj druhé je len relatívny pojem, ktorý je založený na dohode o
V roku 1875 17 popredných krajín tej doby, medzimedzi ktoré patrili Rakúsko-Uhorsko, Ruská a Osmanská ríša, Francúzsko, Nemecko, Spojené štáty americké a Brazília, podpísali Metrickú konvenciu – medzinárodnú zmluvu, ktorá zabezpečuje jednotu meracích noriem v rôznych krajinách. Na vypracovanie jednotných princípov a vykonávanie referenčných meraní štáty vytvorili Medzinárodný úrad pre váhy a miery.
Na 27. konferencii o váhach a mierachZástupcovia rôznych krajín sa zhodli, že moderná definícia druhého prestáva spĺňať požadovanú presnosť meraní a vyžaduje si revíziu. V pláne sa uvádza, že na najbližšom stretnutí o štyri roky si krajiny budú musieť zvoliť nový, presnejší referenčný systém a zmeniť znenie druhého.
Prvé merania za sekundu
Po stáročia ľudia merali čas podľarotácia zeme. Od starých Egypťanov až po gréckych astronómov a Babylončanov ľudstvo postupne menilo presnosť meraní, čo si vyžadovalo nové jednotky času a s rozvojom techniky aj ich zjednocovanie a synchronizáciu.
Úplne prvé mechanické hodinky, ktoré sa objavili v rXIV storočia, neboli ani minúty. Ciferníky boli rozdelené na polovice, tretiny, štvrtiny, niekedy aj na 12 častí hodiny, ale nikdy nie na 60. Prvé mechanické hodinky ukazujúce minúty sa objavili koncom 16. storočia. Zároveň na rozdiel od slnečných hodín, ktoré ukazovali zdanlivý čas, mechanické hodinky prešli na priemerný čas.
Faktom je, že orbitálny pohyb Zeme okoloSlnko vedie k nerovnomernej dĺžke dňa. Zdanlivý slnečný čas používa ako definíciu dňa čas medzi dvoma obdobiami, keď je naša hviezda na svojom zenite. V tomto prípade sa zlomkové časti (hodiny a minúty) určujú na základe pohybu Slnka.
V skutočnosti, keď sa meria na základealternatívne systémy, napríklad počet pohybov kyvadla v mechanických hodinách, sa ukazuje, že trvanie takýchto dní je rôzne. Dĺžka slnečného dňa sa v priebehu roka mení a kumulatívny efekt spôsobuje sezónne odchýlky až 16 minút od priemeru.
Objavili sa prvé hodiny ukazujúce sekundydruhej polovice 16. storočia. Najstaršie známe jarné hodiny so sekundovou ručičkou: datované okolo rokov 1560–1570. Všetky prvé analógy boli zároveň nedostatočne presné.
V roku 1656 holandský vedec Christiaan Huygensvynašiel prvé kyvadlové hodiny. Malo kyvadlo dlhé len necelý meter, čo mu dávalo jednosekundový švih, a spúšťací mechanizmus, ktorý tikal každú sekundu. Verí sa, že to boli prvé hodinky, ktoré dokázali presne ukázať čas v sekundách.
Vreckové hodinky Henlein, začiatok 16. storočia. Obrázok: Germanisches National Museum
Od zlomku dňa až po orbitálnu rotáciu Zeme a atómové merania
Do konca 19. storočia presnosť merania sekúnddosiahli také výšky, že tvorili základ medzinárodného metrického systému ISS, ktorý stanovila Generálna konferencia pre váhy a miery v roku 1889. Meter bol schválený ako základná jednotka dĺžky, kilogram pre hmotnosť a druhý pre čas. Ten bol definovaný ako 1/86400 priemerného slnečného dňa.
Od obehu Zeme okolo Slnkastabilnejšia ako rotácia planéty okolo svojej osi, táto definícia bola neskôr zmenená a vyjadrená zlomkom roka: 1 ⁄ 31 556 925,9747 roka. Zároveň sa na ďalšie zníženie neistoty použila časová stupnica efemerid, vypočítaná na základe polohy dráh planét a hviezd v roku 1900.
V roku 1967, po desaťročiach výskumu,vedci opustili metódu rotácie Zeme a predefinovali čas, namiesto toho merali pohyby častíc v atóme. Najmä súčasná definícia používa na výpočet rezonanciu vlastnej frekvencie cézia-133. Od tohto momentu je druhý určený pevnou číselnou hodnotou frekvencie vibrácií atómu cézia.
Ako funguje atómový čas?
Skoré atómové časové stupnice pozostávali zkremenné hodiny s frekvenciami kalibrovanými iba pomocou atómových hodín. Sú založené na systéme atómov, ktoré môžu byť v jednom z dvoch možných energetických stavov.
Skupina atómov v jednom stave podliehamikrovlnného žiarenia. Ak má žiarenie správnu frekvenciu, množstvo atómov sa zmení na iný energetický stav. Čím je frekvencia bližšie k prirodzenej frekvencii vibrácií atómov, tým viac atómov bude meniť stavy.
To umožňuje veľmi presné ladenie frekvencie.mikrovlnného žiarenia. Keď je mikrovlnné žiarenie naladené na známu frekvenciu, môže sa použiť ako generátor časovania na meranie uplynutého času.
Medzinárodný atómový čas ječasovo vážený priemer viac ako 450 atómových hodín vo viac ako 80 národných laboratóriách po celom svete. Tento prístup nám umožňuje vyhnúť sa deformáciám spojeným s gravitačnou dilatáciou času.
Hodiny v rôznych inštitúciách sa pravidelne porovnávajúnavzájom pomocou satelitnej komunikácie a GPS. Bureau International des Poids et Merures (BIPM, Francúzsko) kombinuje tieto merania na výpočet retrospektívneho váženého priemeru, ktorý tvorí najstabilnejšiu možnú časovú škálu.
Prvé atómové hodiny na svete. Obrázok: National Physical Laboratory, Public domain, prostredníctvom Wikimedia Commons
Čo chcú zmeniť?
Ďalší vývoj technológií umožňuje ešte viacďalej zlepšiť presnosť merania. Napríklad ako alternatívu ku klasickým céziovým hodinám fyzici navrhujú použiť optické hodiny. Tieto hodiny využívajú vyššiu frekvenciu „tikania“ prvkov, ako je stroncium a ytterbium, čo im umožňuje rozdeliť čas na ešte menšie kúsky.
Ťažkosť zatiaľ spočíva v tom, že úradčas nemožno generovať iba pomocou hodín. Metrológovia musia priemerovať hodnoty stoviek hodín na celom svete. Pre céziové hodiny môže byť čas prenášaný pomocou mikrovlnných signálov, ale takéto žiarenie má príliš nízku frekvenciu na prenos tikania optických hodín.
Naopak, prenos signálov vzduchom doOptické vlnové dĺžky nie sú také jednoduché ako vysielanie mikrovĺn, pretože molekuly vo vzduchu ľahko absorbujú svetlo, čím sa výrazne znižuje intenzita signálu. Turbulencia môže navyše nasmerovať laserový lúč preč od cieľa.
Zmeny v tomto smere však súpokroku, napríklad nedávno čínski vedci prezentovali výsledky svojej práce o synchronizácii optických hodín na vzdialenosť 117 km. To je sedemnásobok predchádzajúceho rekordu. Ďalší vývoj v tomto smere pomôže zlepšiť presnosť určenia druhého 100-krát alebo viac.
Rozhodnutím Konferencie pre váhy a mieryÚčastníkom sa odporúča pokračovať vo vývoji alternatívnych metód merania a synchronizácie času. Na ich základe budú do najbližšieho stretnutia v roku 2026 sformulované návrhy na nový štandard a prechodné obdobie.
Ytterbiové optické atómové hodiny. Obrázok: NIST
Skok ako druhý
Ak je to ešte otázka nového štandardumalá neistota, potom je konečne prijatá ďalšia zmena, ktorá ovplyvní dočasné normy. Už v roku 2035 by mal svet opustiť skokové sekundy.
Ide o to, že pri prechode na presné meraniečasu na základe atómových hodín vedci zistili, že priemerný deň sa nerovná 86 400 štandardným sekundám. Rozdiel je len niekoľko milisekúnd, ale časom sa hromadí.
Riešením boli prestupné sekundy:sekundové korekcie boli aplikované koncom decembra alebo júna na ad hoc báze. Zmeny boli naplánované tak, aby sa zabezpečilo, že systém merania času, ktorý používame, koordinovaný svetový čas (UTC), sa nikdy nebude líšiť od atómového času o viac ako 0,9 sekundy.
Keďže takéto zmeny boli jednorazovécharakter, „preskokové“ sekundy spôsobili veľké ťažkosti pre softvér, energiu a satelitné systémy. Po prvé, je ťažké presne predpovedať, kedy je potrebná ďalšia skoková sekunda, takže vývojári programov sa nemôžu pripraviť na riadne a pravidelné vkladanie. Preto rôzne siete vyvinuli svoje vlastné nekonzistentné metódy na zahrnutie prestupnej sekundy.
Navyše moderná globálna výpočtová technikasystémy sa stali užšie prepojené a viac závislé od superpresného načasovania, niekedy až na miliardtiny sekundy. Pridanie sekundy navyše zvyšuje riziko, že systémy zodpovedné za telekomunikačné siete, prenos energie, finančné transakcie a iné dôležité činnosti zlyhajú alebo sa nesynchronizujú.
Aby sa predišlo tomuto problému, vedci prijalirozhodnutie o postupnom vyradení týchto vložiek od roku 2035. Od roku 1972, za posledných 50 rokov, bol rozdiel medzi UTC a medzinárodným atómovým časom iba 37 s, pričom 10 s sa pridalo okamžite a ďalších 27 s sa vložilo neskôr. Vedci navrhujú opraviť rozdiel, ktorý sa nahromadí do roku 2035, a nemeniť ho najmenej ďalších 100 rokov.
Čítaj viac:
Zem sa chystá zasiahnuť magnetická búrka
Odhaľuje sa skutočný význam mumifikácie: vedci sa celý ten čas mýlili
Pomenoval hlavné nebezpečenstvo lunárnej misie "Artemis"