Скільки насправді триває секунда: відповідь не така очевидна, як здається
Тривалість секунди залежить від того, як її вимірювати.
Усім відомо, що в добі 24 години, в одній годині 60 хвилин, а в хвилині 60 секунд. Значить секунда — це 1/86400 доби. Люди звикли думати про секунду, як про фіксовану одиницю приросту часу, але протягом століть ця одиниця змінювалася кілька разів, пише Live Science.
У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!
Сонячний час
За словами Пітера Вібберлі з Національної фізичної лабораторії Великої Британії, тривалість секунди спочатку ґрунтувалася на тривалості дня. У минулому люди почали вимірювати рух Сонця за допомогою сонячного годинника. З його допомогою визначали час на підставі положення Сонця на небі, тобто це видимий сонячний час.
Але сонячний годинник має деякі недоліки. Наприклад, не можна обчислити час, коли Сонця немає на небі, а також покладатися на добове обертання Землі — це не дуже хороший спосіб визначення часу. За словами Вібберлі, Земля під час обертання прискорюється і сповільнюється протягом тривалих періодів часу.
Механічні годинники
Для того, щоб більш точно визначити тривалість одиниць часу ще в 16 столітті вчені створили перший механічний годинник. За словами Суміта Саркара з Амстердамського університету, Нідерланди, за допомогою годинника люди змогли визначити фіксовані зміни часу, які еквівалентні одній секунді.
Найбільш раннім прикладом механічного годинника був годинник з маятником, який рухався з певною частотою, що була еквівалентна астрономічній секунді. Після цього було створено більш досконалі годинники з іншими механізмами, що складалися з пружин і шестерень для визначення більш точної довжини одиниць часу.
До 1940 року справжнім "золотим стандартом" для визначення часу став кварцовий годинник. У них як коливальну систему використовували кристал кварцу. Можна налаштувати правильну частоту коливань, що призведе до максимально точного визначення довжини одиниць часу. Для звичайних людей така точність достатня, але вона не підходить для визначення довжини одиниць часу в різних технологіях і наукових дослідженнях, каже Саркар.
Атомний годинник
Річ у тім, що кожен кристал кварцу є унікальним і резонує по-різному під впливом, наприклад, температури та тиску. Тому, для того, щоб мати еталонний вимірювач часу, було створено атомний годинник.
За словами вчених, в атомів існують фіксовані резонанси. Вони існують тільки в певних енергетичних станах і можуть переходити з одного стану в інший тільки внаслідок поглинання або викиду фіксованої кількості енергії. Ця енергія відповідає точній частоті, тому її можна використовувати як еталон для вимірювання часу.
Тривалість секунди
Перший атомний годинник, представлений 1955 року, вимірював кількість енергетичних переходів, спричинених мікрохвильовим випромінюванням в атомах цезію протягом однієї астрономічної секунди. У 1967 році вчені вирішили визначити тривалість секунди відповідно до цього значення. Тож зараз вважається, що секунда — це тривалість часу, що відповідає 9 192 631 770 енергетичним коливанням в атомі цезію.
Відтоді астрономічна секунда змінювалася, але атомна секунда залишалася такою, що дорівнювала раніше визначеному значенню. Ці зміни астрономічного часу означають, що кожні кілька років вчені повинні додавати додаткову секунду, щоб дати змогу уповільненому обертанню Землі відповідати атомному часу.
Оптичний атомний годинник
Вважається, що атомний годинник найточніший і визначає тривалість часу до з точністю до однієї квадрильйонної частки секунди. Але вчені працюють над створенням ще більш точного оптичного атомного годинника. У цьому годиннику використовують атомні переходи, індуковані видимим світлом, у таких елементах, як стронцій та іттербій. У такий спосіб точність годинника можна підвищити в 100 разів.
Тобто вчені хочуть визначати тривалість секунди відповідно до коливань оптичного годинника, використовуючи ультрафіолетове та видиме світло замість мікрохвиль. Тому точна тривалість секунди може змінитися.
Як уже писав Фокус, вчені під час експерименту змогли відкрити нову незвичайну форму магнетизму. Раніше такий механізм створення магнетизму дослідники ще не бачили.