Сколько на самом деле длится секунда: ответ не так очевиден, как кажется

Фото: Live Science

Всем известно, что в сутках 24 часа, в одном часе 60 минут, а в минуте 60 секунд. Значит секунда – это 1/86400 суток. Люди привыкли думать о секунде, как о фиксированной единице прироста времени, но на протяжении столетий эта единица менялась несколько раз, пишет Live Science.

Солнечное время

По словам Питера Уибберли из Национальной физической лаборатории Великобритании, продолжительность секунды изначально основывалась на продолжительности дня. В прошлом люди начали измерять движение Солнца с помощью солнечных часов. С их помощью определяли время на основании положения Солнца на небе, то есть это видимое солнечное время.

Но солнечные часы имеют некоторые недостатки. Например, нельзя вычислить время, когда Солнца нет на небе, а также полагаться на суточное вращение Земли – это не очень хороший способ определения времени. По словам Уибберли, Земля во время вращения ускоряется и замедляется в течение длительных периодов времени.

Механические часы

Для того, чтобы более точно определить продолжительность единиц времени еще в 16 веке ученые создали первые механические часы. По словам Сумита Саркара из Амстердамского университета, Нидерланды, с помощью часов люди смогли определить фиксированные изменения времени, которые эквиваленты одной секунде.

Самым ранним примером механических часов были часы с маятником, который двигался с определенной частотой, которая была эквивалентна астрономической секунде. После этого были созданы более совершенные часы с другими механизмами, состоящие из пружин и шестеренок для определения более точной длины единиц времени.

К 1940 року настоящим "золотым стандартом" для определения времени стали кварцевые часы. В них в качестве колебательной системы использовали кристалл кварца. Можно настроить правильную частоту колебаний, что приведет к максимально точному определению длины единиц времени. Для обычных людей такая точность достаточна, но она не подходит для определения длины единиц времени в разных технологиях и научных исследованиях, говорит Саркар.

Атомные часы

Дело в том, что каждый кристалл кварца является уникальным и резонирует по-разному под влиянием, например, температуры и давления. Поэтому, для того, чтобы иметь эталонный измеритель времени были созданы атомные часы.

По словам ученых, у атомов существуют фиксированные резонансы. Они существуют только в определенных энергетических состояниях и могут переходить из одного состояния в другое только в результате поглощения или выброса фиксированного количества энергии. Эта энергия соответствует точной частоте, поэтому ее можно использовать в качестве эталона для измерения времени.

Длительность секунды

Первые атомные часы, представленные в 1955 году, измеряли количество энергетических переходов, вызванных микроволновым излучением в атомах цезия в течение одной астрономической секунды. В 1967 году ученые решили определить длительность секунды в соответствии с этим значением. Поэтому сейчас считается, что секунда – это длительность времени, соответствующая 9 192 631 770 энергетическим колебаниям в атоме цезия.

С тех пор астрономическая секунда менялась, но атомная секунда оставалась равной ранее определенному значению. Эти изменения астрономического времени означают, что каждые несколько лет ученые должны добавлять дополнительную секунду, чтобы позволить замедленному вращению Земли соответствовать атомному времени.

Оптические атомные часы

Считается, что атомные часы самые точные и определяют длительность времени до с точностью до одной квадриллионной доли секунды. Но ученые работают над созданием еще более точных оптических атомных часов. В этих часах используются атомные переходы, индуцированные видимым светом, в таких элементах, как стронций и иттербий. Таким образом точность часов можно повысить в 100 раз.

То есть ученые хотят определять длительность секунды в соответствии с колебаниями оптических часов, используя ультрафиолетовый и видимый свет вместо микроволн. Поэтому точная длительность секунды может измениться.

Ирина Скиба / Skibair
Журналист ATinform