Как и другие величины, секунда — это всего лишь относительное понятие, которое основано на договоренности о
ในปี พ.ศ. 2418 17 ประเทศชั้นนำในยุคนั้น ได้แก่ซึ่งรวมถึงออสเตรีย-ฮังการี จักรวรรดิรัสเซียและออตโตมัน ฝรั่งเศส เยอรมนี สหรัฐอเมริกา และบราซิล ได้ลงนามในอนุสัญญาเมตริก ซึ่งเป็นสนธิสัญญาระหว่างประเทศที่รับรองความเป็นเอกภาพของมาตรฐานการวัดในประเทศต่างๆ เพื่อพัฒนาหลักการที่เหมือนกันและดำเนินการวัดอ้างอิง รัฐต่างๆ ได้สร้างสำนักงานชั่งตวงวัดระหว่างประเทศขึ้น
ในการประชุมวิชาการชั่งตวงวัด ครั้งที่ 27ตัวแทนของประเทศต่าง ๆ เห็นพ้องต้องกันว่าคำจำกัดความที่ทันสมัยของคำที่สองนั้นไม่เป็นไปตามความถูกต้องของการวัดที่จำเป็นและต้องมีการแก้ไข แผนงานระบุว่าในการประชุมครั้งต่อไปในอีกสี่ปี ประเทศต่างๆ จะต้องเลือกระบบอ้างอิงใหม่ที่มีความแม่นยำมากขึ้น และเปลี่ยนถ้อยคำของระบบอ้างอิงครั้งที่สอง
การวัดครั้งแรกของวินาที
เป็นเวลาหลายศตวรรษที่ผู้คนวัดเวลาด้วยการหมุนของโลก ตั้งแต่ชาวอียิปต์โบราณไปจนถึงนักดาราศาสตร์ชาวกรีกและชาวบาบิโลน มนุษย์ค่อยๆ เปลี่ยนความแม่นยำของการวัด ซึ่งต้องใช้หน่วยเวลาใหม่ และด้วยการพัฒนาเทคโนโลยี การรวมกันและการซิงโครไนซ์
นาฬิกาจักรกลเรือนแรกที่ปรากฏในศตวรรษที่สิบสี่ ไม่มีแม้แต่นาที หน้าปัดถูกแบ่งออกเป็นซีก สาม สี่ และบางครั้งก็แบ่งเป็น 12 ส่วนของชั่วโมง แต่ไม่เคยแบ่งเป็น 60 ส่วน นาฬิกาจักรกลเรือนแรกที่แสดงนาทีปรากฏขึ้นในช่วงปลายศตวรรษที่ 16 ในขณะเดียวกัน นาฬิกากลไกจะเปลี่ยนเป็นเวลาเฉลี่ย ซึ่งต่างจากนาฬิกาแดดที่แสดงเวลาอย่างชัดเจน
Дело в том, что орбитальное движение Земли вокруг Солнца приводит к неравномерной продолжительности суток. Кажущееся солнечное время использует в качестве определения суток время между двумя моментами нахождения нашей звезды в зените. При этом дробные части (часы и минуты) определяются исходя из движения Солнца.
ในความเป็นจริงเมื่อวัดตามระบบทางเลือกเช่นจำนวนการเคลื่อนไหวของลูกตุ้มในนาฬิกากลไก ปรากฎว่าระยะเวลาของวันดังกล่าวแตกต่างกัน ความยาวของวันสุริยะจะแตกต่างกันไปตลอดทั้งปี และผลกระทบสะสมทำให้ฤดูกาลคลาดเคลื่อนจากค่าเฉลี่ยถึง 16 นาที
Первые часы, показывающие секунды, появились во второй половине XVI века. Самые ранние известные пружинные часы со стрелкой, показывающей секунды: датируются примерно 1560–1570 годами. При этом все первые аналоги отличались недостаточной точностью.
В 1656 году голландский ученый Христиан Гюйгенс изобрел первые маятниковые часы. У него был маятник длиной чуть меньше метра, что давало ему колебание в одну секунду, и спусковой механизм, который тикал каждую секунду. Считается, что это были первые часы, которые могли точно показывать время в секундах.
นาฬิกาพก Henlein ต้นศตวรรษที่ 16 ภาพ: พิพิธภัณฑ์แห่งชาติ Germanisches
ตั้งแต่เศษเสี้ยวของวันไปจนถึงการโคจรของโลกและการวัดระดับอะตอม
ปลายศตวรรษที่ 19 ความแม่นยำในการวัดวินาทีถึงจุดสูงสุดที่พวกเขาสร้างพื้นฐานของระบบเมตริกระหว่างประเทศของสถานีอวกาศนานาชาติซึ่งได้รับการแก้ไขโดยการประชุมสมัชชาใหญ่ว่าด้วยน้ำหนักและการวัดในปี พ.ศ. 2432 เมตรได้รับการอนุมัติให้เป็นหน่วยพื้นฐานของความยาว กิโลกรัมสำหรับน้ำหนัก และวินาทีสำหรับเวลา หลังถูกกำหนดให้เป็น 1/86400 ของวันสุริยะเฉลี่ย
Поскольку движение Земли по орбите вокруг Солнца стабильнее, чем вращение планеты вокруг своей оси, позже это определение было изменено и выражено через долю года: 1 ⁄ 31 556 925,9747 года. При этом, чтобы еще больше снизить неопределенность, использовалась эфемеридная шкала времени, рассчитанная на основе положения орбит планет и звезд в 1900 году.
ในปี พ.ศ. 2510 หลังจากการวิจัยหลายทศวรรษนักวิทยาศาสตร์ละทิ้งวิธีการหมุนรอบตัวเองของโลกและกำหนดเวลาใหม่ แทนที่จะวัดการเคลื่อนที่ของอนุภาคภายในอะตอม โดยเฉพาะอย่างยิ่ง คำจำกัดความปัจจุบันใช้เรโซแนนซ์ความถี่ธรรมชาติของซีเซียม-133 ในการคำนวณ วินาทีนั้นถูกกำหนดโดยค่าตัวเลขคงที่ของความถี่ของการสั่นของอะตอมซีเซียม
เวลาอะตอมทำงานอย่างไร?
Ранние атомные шкалы времени состояли из кварцевых часов с частотами, откалиброванными с помощью одних атомных часов. Они основаны на системе атомов, которые могут находиться в одном из двух возможных энергетических состояний.
Группа атомов в одном состоянии подвергается микроволновому излучению. Если излучение имеет правильную частоту, некоторое количество атомов перейдет в другое энергетическое состояние. Чем ближе частота к собственной частоте колебаний атомов, тем больше атомов будет переключать состояния.
ทำให้สามารถปรับแต่งความถี่ได้แม่นยำมากรังสีไมโครเวฟ เมื่อปรับคลื่นไมโครเวฟเป็นความถี่ที่ทราบแล้ว ก็จะสามารถใช้เป็นเครื่องกำเนิดเวลาเพื่อวัดเวลาที่ผ่านไปได้
Международное атомное время — это средневзвешенное значение времени, которое показывают более 450 атомных часов в более чем 80 национальных лабораториях по всему миру. Такой подход позволяет избежать искажений, связанных с гравитационным замедлением времени.
มีการเปรียบเทียบชั่วโมงเรียนในสถาบันต่าง ๆ อย่างสม่ำเสมอซึ่งกันและกันโดยใช้การสื่อสารผ่านดาวเทียมและ GPS Bureau International des Poids et Mesures (BIPM, ฝรั่งเศส) รวมการวัดเหล่านี้เพื่อคำนวณค่าเฉลี่ยถ่วงน้ำหนักแบบย้อนหลังที่สร้างมาตราส่วนเวลาที่เสถียรที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้
นาฬิกาอะตอมเรือนแรกของโลก รูปภาพ: ห้องปฏิบัติการทางกายภาพแห่งชาติ, สาธารณสมบัติ, ผ่าน Wikimedia Commons
พวกเขาต้องการเปลี่ยนแปลงอะไร
การพัฒนาเทคโนโลยีเพิ่มเติมช่วยให้มากยิ่งขึ้นปรับปรุงความแม่นยำในการวัดต่อไป ตัวอย่างเช่น แทนที่จะใช้นาฬิกาซีเซียมแบบคลาสสิก นักฟิสิกส์แนะนำให้ใช้นาฬิกาออปติคัล นาฬิกาเหล่านี้ใช้ความถี่ที่สูงกว่าในการ "ฟ้อง" ธาตุต่างๆ เช่น สตรอนเชียมและอิตเทอร์เบียม ทำให้สามารถแบ่งเวลาออกเป็นชิ้นเล็กๆ ได้
ความยากอยู่ที่เจ้าหน้าที่ไม่สามารถสร้างเวลาโดยใช้นาฬิกาเพียงอย่างเดียว นักมาตรวิทยาต้องเฉลี่ยค่าที่อ่านได้หลายร้อยชั่วโมงทั่วโลก สำหรับนาฬิกาซีเซียม เวลาสามารถส่งได้โดยใช้สัญญาณไมโครเวฟ แต่รังสีดังกล่าวมีความถี่ต่ำเกินไปที่จะส่งฟ้องนาฬิกาออปติก
Напротив, передача сигналов по воздуху на оптических длинах волн не так проста, как отправка микроволн, потому что молекулы в воздухе легко поглощают свет, резко снижая мощность сигнала. Кроме того, турбулентность может направить лазерный луч в сторону от цели.
อย่างไรก็ตามการเปลี่ยนแปลงในทิศทางนี้คือตัวอย่างเช่นความคืบหน้าเมื่อเร็ว ๆ นี้นักวิทยาศาสตร์ชาวจีนได้นำเสนอผลงานของพวกเขาในการซิงโครไนซ์นาฬิกาออปติกที่ระยะทาง 117 กม. นี่เป็นเจ็ดเท่าของสถิติก่อนหน้านี้ การพัฒนาเพิ่มเติมในทิศทางนี้จะช่วยปรับปรุงความแม่นยำในการพิจารณาวินาทีเป็น 100 เท่าหรือมากกว่านั้น
Решением Конференции по мерам и весам странам участникам предложено продолжить разработку альтернативных методов измерения и синхронизации времени. На их основе к следующей встрече в 2026 году будет сформулированы предложения по новому стандарту и периоду перехода.
นาฬิกาอะตอมแสงอิตเทอร์เบียม รูปภาพ: NIST
ก้าวกระโดดที่สอง
หากยังเป็นคำถามของมาตรฐานใหม่ความไม่แน่นอนเล็กน้อย จากนั้นการเปลี่ยนแปลงอื่นที่จะส่งผลกระทบต่อมาตรฐานชั่วคราวจะได้รับการยอมรับในที่สุด ในปี 2035 โลกควรละทิ้งอธิกวินาที
ประเด็นก็คือในการเปลี่ยนไปสู่การวัดที่แม่นยำนักวิทยาศาสตร์พบว่าเวลาเฉลี่ยของวันไม่เท่ากับ 86,400 วินาทีมาตรฐาน ความแตกต่างเพียงไม่กี่มิลลิวินาที แต่สะสมเมื่อเวลาผ่านไป
Решением стали дополнительные секунды: поправки на одну секунду применялись в конце декабря или июня на разовой основе. Изменения были запланированы для обеспечения того, чтобы система хронометража, которую мы используем, всемирное координированное время (UTC), никогда не отличалась более чем на 0,9 с от атомного времени.
เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวมีเพียงครั้งเดียวตัวอักษร "leap" วินาทีสร้างความยากลำบากอย่างมากสำหรับซอฟต์แวร์ พลังงาน และระบบดาวเทียม ประการแรก เป็นการยากที่จะคาดเดาได้อย่างแน่นอนว่าเมื่อใดที่ต้องการอธิกวินาทีถัดไป ดังนั้น นักพัฒนาโปรแกรมจึงไม่สามารถเตรียมพร้อมสำหรับการแทรกที่เป็นระเบียบและสม่ำเสมอได้ ดังนั้น เครือข่ายต่างๆ ได้พัฒนาวิธีการที่ไม่สอดคล้องกันของตนเองในการรวมอธิกวินาที
ยิ่งกว่านั้นคอมพิวเตอร์ระดับโลกสมัยใหม่ระบบต่าง ๆ มีการเชื่อมต่อระหว่างกันอย่างใกล้ชิดมากขึ้น และขึ้นอยู่กับจังหวะเวลาที่แม่นยำสูงมากขึ้น บางครั้งลดลงถึงหนึ่งในพันล้านของวินาที การเพิ่มเวลาอีก 1 วินาทีจะเพิ่มความเสี่ยงที่ระบบที่รับผิดชอบเครือข่ายโทรคมนาคม การส่งไฟฟ้า ธุรกรรมทางการเงิน และธุรกิจสำคัญอื่นๆ จะล้มเหลวหรือล้มเหลวในการซิงโครไนซ์
เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหานี้ นักวิทยาศาสตร์ได้นำการตัดสินใจที่จะยกเลิกการแทรกเหล่านี้ตั้งแต่ปี 2035 ตั้งแต่ปี 1972 ตลอด 50 ปีที่ผ่านมา ความแตกต่างระหว่าง UTC และเวลาปรมาณูระหว่างประเทศมีเพียง 37 วินาที โดยเพิ่ม 10 วินาทีทันทีและอีก 27 วินาทีเพิ่มในภายหลัง นักวิทยาศาสตร์เสนอให้แก้ไขส่วนต่างที่จะสะสมภายในปี 2578 และไม่เปลี่ยนแปลงอย่างน้อยอีก 100 ปีข้างหน้า
อ่านเพิ่มเติม:
พายุแม่เหล็กกำลังจะถล่มโลก
ความหมายที่แท้จริงของการทำมัมมี่ถูกเปิดเผย ตลอดเวลาที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์คิดผิด
ชื่ออันตรายหลักของภารกิจทางจันทรคติ "อาร์เทมิส"