Все мы привыкли измерять время в секундах. Мигание, удар сердца, или простое «раз-два-три» – мы инстинктивно пытаемся отсчитывать эти крошечные фрагменты времени. Секунда – это фундаментальная единица, определяющая ритм нашей жизни и лежащая в основе множества научных измерений. Но задумывались ли вы когда-нибудь, что такое секунда на самом деле?
Определение секунды: отсчет времени с точностью до атома
Современное определение секунды было принято на международном уровне в 1967 году. Согласно этому определению, секунда – это продолжительность 9 192 631 770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133. Звучит сложно, не правда ли?
Проще говоря, ученые «возбуждают» атом цезия-133, и он возвращается в свое обычное, «основное» состояние. Этот процесс излучает микроволны, которые можно использовать для создания очень точного фильтра. Именно этот фильтр лежит в основе атомных часов – самых точных часов, созданных человеком. Определение секунды было слегка обновлено в 2018 году, но по-прежнему основано на этом сверхтонком переходе атома цезия-133.
Почему секунда так важна? Фундамент метрологии
Секунда и ее определение являются основой метрологии – науки об измерениях. Это не просто абстрактное понятие. От определения секунды зависят и другие ключевые единицы измерения:
- Метр (единица длины)
- Килограмм (единица массы)
- Ампер (единица электрического тока)
- Кельвин (единица температуры)
- Кандела (единица силы света)
Таким образом, секунда играет критически важную роль в стандартизации измерений во всем мире.
Переосмысление секунды: в погоне за еще большей точностью
Несмотря на то, что существующее определение секунды зарекомендовало себя как чрезвычайно точное, ученые постоянно работают над его улучшением. Новые технологии в области оптических атомных часов позволяют достигать точности, значительно превосходящей возможности классических цезиевых часов. Разрабатываются все более быстрые и совершенные часы.
Доктор Лиз Донли, руководитель отдела времени и частоты Национального института стандартов и технологий (NIST), подчеркивает, что «определения единиц СИ должны основываться на методах измерения, которые обеспечивают наименьшую неопределенность для всех вторичных измерений величин, основанных на этих единицах». Оптические стандарты частоты уже сегодня позволяют проводить измерения частоты, в 100 раз более точные, чем те, которые проводятся с использованием цезия.
Что ждет секунду в будущем?
Возможно, уже к 2030 году нас ждет новое переопределение секунды. Однако, прежде чем это произойдет, необходимо выполнить ряд строгих требований, включая возможность передачи точного сигнала «новой» секунды, например, по оптоволоконным линиям связи.
Переопределение секунды вряд ли изменит то, как мы измеряем время в повседневной жизни. Но для науки это будет огромным шагом вперед. Это будет как получить часы, которые не отстают и не спешат ни на секунду даже за миллиарды лет.
Секунда – это гораздо больше, чем просто единица измерения времени. Это фундаментальная константа, лежащая в основе нашей науки и технологий. Понимание того, что такое секунда, помогает нам лучше понимать мир вокруг нас и ценить точность, с которой мы измеряем время.
👍