Liksom andra storheter är den andra bara ett relativt begrepp som bygger på en överenskommelse om
År 1875, 17 ledande länder på den tiden, blsom var, inklusive, Österrike-Ungern, det ryska och ottomanska riket, Frankrike, Tyskland, USA och Brasilien, undertecknade den metriska konventionen - ett internationellt fördrag som säkerställer enhetlighet i mätstandarder i olika länder. För att utveckla enhetliga principer och utföra referensmätningar skapade stater International Bureau of Weights and Measures.
Vid den 27:e konferensen om vikter och måttRepresentanter för olika länder var överens om att den moderna definitionen av den andra upphör att uppfylla den erforderliga noggrannheten i mätningarna och kräver revidering. Färdplanen föreskriver att länder vid nästa möte om fyra år måste välja ett nytt, mer exakt referenssystem och ändra formuleringen av det andra.
Första mätningarna på en sekund
I århundraden har människor mätt tiden medjordens rotation. Från de forntida egyptierna till de grekiska astronomerna och babylonierna förändrade mänskligheten gradvis mätnoggrannheten, vilket krävde nya tidsenheter, och med utvecklingen av teknologin, deras enande och synkronisering.
De allra första mekaniska klockorna som dök upp iXIV-talet, det fanns inte ens minuter. Urtavlarna delades in i halvor, tredjedelar, kvart och ibland till och med i 12 delar av en timme, men aldrig i 60. De första mekaniska klockorna som visade minuter dök upp mot slutet av 1500-talet. Samtidigt, till skillnad från solur, som visade synbar tid, bytte mekaniska klockor till genomsnittlig tid.
Faktum är att jordens omloppsrörelse runtSolen leder till ojämn längd på dagen. Skenbar soltid använder tiden mellan de två gånger vår stjärna är i zenit som sin definition av dag. I det här fallet bestäms bråkdelar (timmar och minuter) baserat på solens rörelse.
Faktum är att när man mäter utifrånalternativa system, till exempel antalet rörelser av pendeln i en mekanisk klocka, visar det sig att varaktigheten av sådana dagar är annorlunda. Längden på en soldag varierar över året, och den kumulativa effekten orsakar säsongsmässiga avvikelser på upp till 16 minuter från genomsnittet.
De första klockorna som visar sekunder dök uppandra hälften av 1500-talet. Tidigast kända vårur med sekundvisare: daterad till omkring 1560–1570. Samtidigt var alla de första analogerna inte tillräckligt exakta.
År 1656, den holländska vetenskapsmannen Christiaan Huygensuppfann den första pendelklockan. Den hade en pendel som var knappt en meter lång, vilket gav den ett sväng på en sekund, och en avtryckarmekanism som tickade varje sekund. Man tror att detta var den första klockan som exakt kunde visa tiden i sekunder.
Henlein fickur, tidigt 1500-tal. Bild: Germanisches National Museum
Från en bråkdel av en dag till jordens omloppsrotation och atommätningar
I slutet av 1800-talet, noggrannheten för att mäta sekundernådde sådana höjder att de utgjorde grunden för det internationella metriska systemet för ISS, som fastställdes av den allmänna konferensen om vikter och mått 1889. Mätaren godkändes som grundenhet för längd, kilogram för vikt och den andra för tid. Den senare definierades som 1/86400 av den genomsnittliga soldagen.
Sedan jordens bana runt solenmer stabil än rotationen av en planet runt sin axel, ändrades denna definition senare och uttrycktes i termer av en bråkdel av ett år: 1 ⁄ 31 556 925,9747 av ett år. För att ytterligare minska osäkerheten användes samtidigt en efemerisk tidsskala, beräknad utifrån positionen för planeternas och stjärnornas banor år 1900.
1967, efter årtionden av forskning,forskare övergav jordens rotationsmetod och omdefinierade tiden, istället för att mäta partiklarnas rörelser inom en atom. I synnerhet använder den nuvarande definitionen den naturliga frekvensresonansen för cesium-133 för att beräkna. Från och med det ögonblicket bestäms den andra av ett fast numeriskt värde för cesiumatomens vibrationsfrekvens.
Hur fungerar atomtid?
Tidiga atomära tidsskalor bestod avkvartsklockor med frekvenser kalibrerade med enbart atomur. De är baserade på ett system av atomer som kan vara i ett av två möjliga energitillstånd.
En grupp atomer i ett tillstånd genomgårmikrovågsstrålning. Om strålningen har rätt frekvens kommer ett antal atomer att flytta till ett annat energitillstånd. Ju närmare frekvensen är atomernas naturliga vibrationsfrekvens, desto fler atomer kommer att byta tillstånd.
Detta möjliggör mycket exakt frekvensinställning.mikrovågsstrålning. När mikrovågsstrålningen väl är avstämd till en känd frekvens kan den användas som en tidsgenerator för att mäta förfluten tid.
Internationell atomtid ärett tidsvägt genomsnitt på mer än 450 atomur i mer än 80 nationella laboratorier runt om i världen. Detta tillvägagångssätt tillåter oss att undvika förvrängningar i samband med gravitationstidsdilatation.
Timmar på olika institutioner jämförs regelbundetmed varandra med hjälp av satellitkommunikation och GPS. Bureau International des Poids et Mesures (BIPM, Frankrike) kombinerar dessa mätningar för att beräkna ett retrospektivt vägt medelvärde som bildar den mest stabila möjliga tidsskalan.
Världens första atomur. Bild: National Physical Laboratory, Public domain, via Wikimedia Commons
Vad vill de förändra?
Ytterligare utveckling av tekniken tillåter ännu merförbättra mätnoggrannheten ytterligare. Till exempel, som ett alternativ till den klassiska cesiumklockan, föreslår fysiker att man använder en optisk klocka. Dessa klockor använder den högre frekvensen "tickande" av element som strontium och ytterbium, vilket gör att de kan bryta ner tiden i ännu mindre bitar.
Svårigheten ligger hittills i att tjänstemannentid kan inte genereras med enbart klockor. Metrologer måste snitta avläsningarna för hundratals timmar runt om i världen. För cesiumklockor kan tiden sändas med hjälp av mikrovågssignaler, men sådan strålning är för lågfrekvent för att överföra tickandet av en optisk klocka.
Tvärtom, överföring av signaler genom luften tillOptiska våglängder är inte så enkelt som att skicka mikrovågor eftersom molekyler i luften lätt absorberar ljus, vilket dramatiskt minskar signalstyrkan. Dessutom kan turbulens rikta laserstrålen bort från målet.
Men förändringar i denna riktning ärframsteg, till exempel, nyligen presenterade kinesiska forskare resultaten av sitt arbete med synkronisering av optiska klockor på ett avstånd av 117 km. Det är sju gånger det tidigare rekordet. Ytterligare utveckling i denna riktning kommer att bidra till att förbättra noggrannheten för att bestämma sekunden med 100 gånger eller mer.
Genom beslut av konferensen om vikter och måttdeltagarna uppmuntras att fortsätta utveckla alternativa metoder för att mäta och synkronisera tid. Utifrån dem kommer förslag till ny standard och övergångsperiod att formuleras vid nästa möte 2026.
Ytterbium optisk atomklocka. Bild: NIST
Språngsekund
Om detta fortfarande är en fråga om den nya standardenliten osäkerhet, då accepteras äntligen en annan förändring som kommer att påverka de provisoriska standarderna. Redan 2035 borde världen överge skottsekunder.
Poängen är att i övergången till exakt mätningtid baserat på atomklockor, har forskare funnit att den genomsnittliga dagen inte är lika med 86 400 standardsekunder. Skillnaden är bara några millisekunder, men ackumuleras med tiden.
Lösningen var skottsekunder:en sekunds korrigeringar tillämpades i slutet av december eller juni på ad hoc-basis. Ändringarna var planerade för att säkerställa att tidtagningssystemet vi använder, Coordinated Universal Time (UTC), aldrig skiljer sig med mer än 0,9 sekunder från atomtid.
Eftersom sådana förändringar var engångsföreteelserkaraktär skapade "språng" sekunder stora svårigheter för mjukvara, energi och satellitsystem. För det första är det svårt att förutsäga exakt när nästa skottsekund behövs, så programutvecklare kan inte förbereda sig för ordnade, regelbundna insättningar. Därför har olika nätverk utvecklat sina egna inkonsekventa metoder för att ta med skottsekund.
Dessutom modern global datoranvändningsystem har blivit mer sammankopplade och mer beroende av superexakt timing, ibland ner till miljarddels sekund. Att lägga till en extra sekund ökar risken för att system som ansvarar för telekommunikationsnät, kraftöverföring, finansiella transaktioner och andra viktiga verksamheter misslyckas eller misslyckas med att synkronisera.
Чтобы избежать этой проблемы, ученые приняли ett beslut att fasa ut dessa insatser från 2035. Sedan 1972, under de senaste 50 åren, har skillnaden mellan UTC och internationell atomtid bara varit 37 s, med 10 s lagt till omedelbart och ytterligare 27 s infogat senare. Forskare föreslår att man ska fixa skillnaden som kommer att ackumuleras till 2035 och inte ändra den under åtminstone de kommande 100 åren.
Läs mer:
En magnetisk storm är på väg att träffa jorden
Den sanna innebörden av mumifiering avslöjas: hela denna tid hade forskare fel
Utnämnd till den största faran med månuppdraget "Artemis"