Cât durează o secundă?

Cât durează o secundă? Răspunsul la această întrebare este influențat de modul în care facem măsurarea.

Există 24 de ore într-o zi, 60 de minute într-o oră și 60 de secunde într-un minut, deci o secundă este doar 1/(24 x 60 x 60), adică 1/86400, dintr-o zi, nu-i așa? Ei bine, se pare că definirea timpului nu este atât de simplă.

• De ce avem unghii la picioare?
• Ce fac insectele iarna?

Suntem obișnuiți să ne gândim la o secundă ca la un increment fix de timp, dar această mică unitate s-a schimbat de mai multe ori de-a lungul secolelor. Cât durează o secundă?

„Secunda era inițial bazată pe lungimea zilei. Oamenii observau soarele trecând pe deasupra lor și au început să măsoare mișcarea acestuia folosind cadrane solare. Dispozitivele de genul acesta oferă o măsură a timpului bazată direct pe poziția soarelui pe cer, ceea ce se numește timp solar aparent”, a spus Peter Whibberley, cercetător senior la Laboratorul Național de Fizică din Marea Britanie.

Cu toate acestea, cadranele solare au câteva dezavantaje. În afară de problema evidentă de a nu putea citi un cadran solar atunci când soarele nu este vizibil, bazarea pe rotația zilnică a Pământului (cunoscută și sub denumirea de timp astronomic) este surprinzător de inexactă, subliniază Live Science.

„Rotația nu este precis constantă. Pământul accelerează și încetinește în timp. Există o variație sezonieră, variații mari neprevăzute cauzate de schimbările din nucleul topit și o încetinire pe termen lung cauzată de mișcarea fluxului și a refluxului”, a spus Whibberley.

Deci cum putem măsura precis timpul dacă utilizarea duratei unei zile este atât de nesigură?

Cât durează o secundă?

În secolul al XVI-lea, oamenii au recurs la soluții tehnologice pentru această problemă, iar primele ceasuri mecanice recunoscute au început să apară.

„Inima realizării unui ceas s-a mutat practic de la urmărirea poziției soarelui la a face un oscilator și a defini un număr fix de oscilații echivalente cu o secundă”, a spus Sumit Sarkar, fizician la Universitatea din Amsterdam (Țările de Jos).

Primele exemple mecanice au fost ceasurile cu pendul, concepute să ticăie la o frecvență specifică, echivalentă cu o secundă astronomică, în medie, pe parcursul unui an. În decursul următoarelor sute de ani, oamenii de știință au lucrat la construirea de oscilatoare mai bune, mai precise, și au dezvoltat o multitudine de alte sisteme de măsurare a timpului, inclusiv arcuri și roți dințate.

În jurul anului 1940, ceasurile cu cristal de cuarț deveniseră noul standard de aur. „Dacă aplici o tensiune pe o bucată de cuarț atent modelată, începe să vibreze și poți ajusta frecvența acelei oscilații foarte precis. Dar deși această precizie este suficientă pentru uz general, nu este suficientă pentru aplicații tehnice reale, cum ar fi internetul, sistemele GPS sau studiile de cercetare fundamentală”, a spus Sarkar.

Problemele apar pentru că fiecare bucată de cuarț este unică și rezonează ușor diferit în funcție de condițiile fizice cum ar fi temperatura și presiunea. Pentru a fi cu adevărat precise, ceasurile trebuie să fie setate față de o referință independentă și constantă. Aici intervin ceasurile atomice.

„Atomii au rezonanțe naturale fixe. Aceștia există doar în anumite stări de energie și pot trece doar de la o stare la alta prin absorbția sau emiterea unei cantități fixe de energie. Această energie corespunde unei frecvențe precise, astfel încât poți folosi acea frecvență ca referință pentru ținerea evidenței timpului”, a explicat Whibberley.

Primul ceas atomic

Primul ceas atomic practic, prezentat în 1955, măsura numărul acestor tranziții de energie induse de microunde în atomii de cesiu în decursul unei singure secunde astronomice. În 1967, comunitatea științifică globală a fost de acord să redefinim secunda conform acestui număr, iar Sistemul Internațional de Unități și Măsurători definește acum o secundă drept durata a 9.192.631.770 de oscilații de energie într-un atom de cesiu.

De atunci, secunda astronomică a continuat să varieze, în timp ce secunda atomică a rămas la precis 9.192.631.770 de oscilații. Aceste variații ale timpului astronomic înseamnă de fapt că, la fiecare câțiva ani, oamenii de știință trebuie să adauge o secundă „bisectă” pentru a-i permite rotației încetinite a Pământului să țină pasul cu timpul atomic. Această secundă va fi abolită în 2035, dar oamenii de știință și agențiile guvernamentale încă nu au descoperit cum să gestioneze această mică discrepanță, a spus Whibberley.

Dar oamenii de știință nu sunt mulțumiți să se oprească la această definiție, care este precisă la 10^-15 secunde sau o mie de trilioane dintr-o secundă. În întreaga lume, echipele de cercetare lucrează la ceasuri atomice optice chiar mai precise, care folosesc tranziții atomice induse de lumină vizibilă cu energie mai mare, în elemente precum stronțiu și yterbiu, pentru a îmbunătăți această precizie de peste 100 de ori. De fapt, oamenii de știință discută dacă nu cumva este timpul să redefinim secunda din nou conform oscilațiilor ceasurilor optice, folosind surse de lumină UV și vizibilă în loc de microunde.

Dar în timp ce mai multe întrebări importante încă își așteaptă răspunsul înainte ca acest lucru să se întâmple, este clar că definiția precisă a unei secunde este supusă schimbării.

Vă recomandăm să citiți și:

De ce sunt obiectele din spațiu rotunde?

O metodă de tratare a apei poate genera energie verde

Un om de știință crede că omenirea va atinge singularitatea până în anul 2031

Ar putea fi realizate baterii de diamant din deșeuri nucleare? Unii susțin că da!