Źle mierzymy czas? Wszystko przez definicję sekundy
Czy definicja sekundy, której używamy od kilkudziesięciu lat ulegnie zmianie? Badania naukowe rzucają nowe światło na tę jednostkę, która może być określona znacznie dokładniej niż do tej pory. Czy czeka nas jedna z największych rewolucji w historii pomiarów czasu? I w jaki sposób może to wpłynąć na nasze codziennie życie?
Czas jest podstawą naszej codzienności. Zegarki na naszych nadgarstkach, systemy GPS w telefonach, a nawet transakcje finansowe – wszystkie te elementy, i wiele więcej, zależą od precyzyjnego odmierzania czasu. Sekundy są podstawowymi jednostkami miary, które utrzymują naszą cywilizację w nieustannym ruchu.
Choć mogłoby się wydawać, że definicja sekundy jest stała, to nic bardziej mylnego. W rzeczywistości była ona aż trzykrotnie redefiniowana na przestrzeni ostatnich 100 lat, a prawdopodobnie niedługo czeka nas kolejna zmiana w tej kwestii.
Jak ewoluowała definicja sekundy?
Pierwsze próby mierzenia czasu sięgają czasów starożytnych i prehistorycznych. Już neolityczni budowniczowie tworzyli konstrukcje, jak chociażby Newgrange w Irlandii, w których światło słoneczne zawsze podczas przesilenia zimowego oświetlało wnętrze budowli. W starożytności wykorzystywano także zegary wodne, a od XIII wieku spopularyzowały się mechaniczne zegary, które zaczęły odmierzać czas w bardziej precyzyjny sposób. Trudno mówić tutaj o ścisłej definicji sekundy, jednak wraz z postępem technologii jednostka ta była mierzona coraz dokładniej.
Jeszcze w XX wieku sekunda była natomiast oficjalnie definiowana jako 1/86400 doby, wynikało to z podziału dnia na 24 godziny, każdej godziny na 60 minut, a minuty na 60 sekund. W 1967 roku wprowadzono jednak nową, bardziej precyzyjną definicję, opartą na atomach cezu-133. Elektrony w atomie cezu wykonują określone przejścia energetyczne ponad 9 miliardów razy w czasie jednej sekundy. To na tej podstawie mierzymy czas do dziś.
Naukowcy w świetle obecnego rozwoju technologii zaawansowanych zegarów są zdania, że definicja ta także zbliża się już do końca swojej użyteczności. Oceniają oni, że do 2030 roku czeka nas zmiana określenia sekundy. Dlaczego?
Wyższe częstotliwości - większa precyzja
Kluczem do tego jest zwiększenie częstotliwości przejść energetycznych atomów, co pozwala zmniejszyć margines błędu. Dla przykładu, jeśli zegar oparty na niskiej częstotliwości "pomyli się" o jedno przejście – skala błędu będzie znacznie większa niż w przypadku zegara o wyższej częstotliwości, gdzie pojedyncze przejście zajmuje wielokrotnie mniej czasu.
Znaczącym krokiem w tej ewolucji są zegary jądrowe, które zamiast przejść w atomach mierzą przejścia w jądrach atomowych, których częstotliwości są o wiele wyższe.
Zegary jądrowe to przyszłość pomiaru czasu?
W 2024 roku naukowcy z University of Colorado Boulder we współpracy z Uniwersytetem Technicznym w Wiedniu osiągnęli znaczący postęp w budowie zegara jądrowego działającego w oparciu o tor-229. Choć technologia ta jest dopiero w początkowej fazie rozwoju, to potencjał zegarów jądrowych jest ogromny. Częstotliwość przejść w torze jest około milion razy wyższa niż w cezie, co oznacza precyzję pomiaru czasu na niespotykanym wcześniej poziomie.
Dzięki tej technologii naukowcy będą mogli badać niezwykle szybkie procesy, m.in. reakcje chemiczne czy efekty związane z teorią względności Einsteina. Zegary jądrowe mogą również znacząco poprawić dokładność systemów GPS, które opierają się na precyzyjnym pomiarze czasu potrzebnego na przesyłanie sygnałów między satelitami a urządzeniami na Ziemi.
***
Bądź na bieżąco i zostań jednym z 88 tys. obserwujących nasz fanpage - polub Geekweek na Facebooku i komentuj tam nasze artykuły!
