Jūs patikrinote savo telefoną, ir jis rodo 15:42. Šis laikas atrodo tikslus. Stabilus. Bet kaip iš tikrųjų žinome, kad tai 15:42? Kas daro tą skaičių teisingą? Laiko matavimas atrodo paprastas, kol nepažiūri giliau. Tada jis virsta keistu miestu sukimosi planetų, vibruojančių atomų ir žmogaus sukurtų sistemų, bandančių suprasti viską.
Kaip pradėjo matuoti laiką
Prieš įsikišant fiziką ar matematiką, laiką sekėsi stebint virsmus. Žmonės stebėjo šešėlius ir žvaigždes. Dienos skaičiuotos nuo saulėtekio iki saulėtekio. Tai pakankamai gerai tiko žemės ūkiui ir ankstyviems ritualams.
Vėliau atsirado saulės laikrodžiai. Tada vandens laikrodžiai. Žmonės reikėjo kažko tikslesnio. Kadangi visuomenė tapo sudėtingesnė, spaudimas geriau matuoti laiką taip pat augo.
Ką iš tikrųjų reiškia sekundė
Šiandien sekundė nėra tik viena šeštadalio minutės. Ji turi daug gilesnę apibrėžimą. Mokslininkai ją apibrėžia naudodami atomus. Oficiali sekundė grindžiama cesium-133 atomo vibracija.
Vienos sekundės trukmė yra ta, kiek laiko užtrunka, kol tas atomas sukelia 9 192 631 770 virpesių. Šis skaičius nėra atsitiktinis. Jis yra pakartojamas, stabilus ir matuojamas. Cesiumas tapo tikslumo auksiniu standartu, nes jis keičiasi labai mažai laikui bėgant.
Atominių laikrodžių pakeitė viską
Kai 1950-aisiais atsirado atominiai laikrodžiai, laiko matavimas pakilo į naują lygį. Šie laikrodžiai yra tokie tikslūs, kad prarastų mažiau nei sekundę milijonais metų. Tai svarbiau nei atrodo. GPS, palydovai, interneto sinchronizacija ir elektros tinklai visi priklauso nuo atominio laiko.
Be atominio laiko niekas nebūtų suderinta. Jūsų telefonas skirtųsi. GPS praleistų tikslą. Pasaulis dabar veikia pagal atomus, o ne pavaras ir spyruokles.
Skirtingi būdai, kaip sekame laiką
Laiką matuojame ne tik vienu būdu. Mokslininkai naudoja keletą sistemų, priklausomai nuo to, ką reikia stebėti.
- Saulės laikas: Remiasi Žemės sukimu, palyginti su saule
- Siderealinis laikas: Remiasi Žemės sukimu, palyginti su tolimomis žvaigždėmis
- Atominis laikas: Remiasi cesiumo atomų vibracijomis
- Visuotinis laikas (UT1): Sekamas tikrasis Žemės sukimas, įskaitant mažus svyravimus
- Sujungtas visuotinis laikas (UTC): Mišrus atominis ir saulės laikas, su pridėtais šuoliniais sekundėmis, kai reikia
UTC yra tai, ką rodo jūsų telefonas. Jis išlaiko atominį tikslumą, bet šiek tiek koreguojamas, kad išliktų sinchronizuotas su planeta.
Kodėl mes pridedame šuolinius sekundes
Žemė nesukaosi pastoviu greičiu. Ji šiek tiek lėtėja laikui bėgant. Tai reiškia, kad atominis ir saulės laikas palaipsniui atsiskiria. Norint tai ištaisyti, kas keletą metų pridedame šuolinę sekundę.
Tai padeda UTC nesusilieti su saulės padėtimi. Tai tarsi trumpas laiko patikrinimas, kad jis liktų tikslus. Bet tai sukelia problemų technologijų sistemoms, kurios nėra tam pasiruošusios.
Priemonės, kurios išlaiko pasaulį suderintą
Šiuolaikinis laiko matavimas yra pasaulinis pastangų rezultatas. Tinklai atominių laikrodžių visame pasaulyje dirba kartu. Juos valdo laboratorijos JAV, Prancūzijoje, Japonijoje ir daugelyje kitų šalių. Jie sudaro Tarptautinį atominių laikrodžių tinklą (TAI).
Iš ten UTC apskaičiuojamas ir transliuojamas per radijo signalus, palydovus ir internetą. Taip jūsų telefonas visada žino tikslų laiką, net jei esate be ryšio.
Kodėl tikslumas yra svarbesnis, nei manote
Daug kas priklauso nuo tobulos laiko koordinacijos:
- GPS palydovai naudoja atominį laiką, kad apskaičiuotų vietą
- Finansų sistemos žymi sandorius mikrosekundės tikslumu
- Interneto serveriai sinchronizuojasi su UTC, kad koordinuotų duomenis visame pasaulyje
- Elektros tinklai naudoja sinchronizuotus ciklus, kad išvengtų juodųjų dėmių
- Mobiliojo ryšio bokštai naudoja laiko kodus, kad valdytų perėjimus tarp tinklų
Maža klaida laike gali sukelti didelių problemų bet kurioje iš šių sistemų.
Ką visa tai mums sako apie laiką
Laikas atrodo paprastas, kol bandai jį tiksliai išmatuoti. Tada jis virsta šokiu tarp sukimosi Žemės, pulsuojančių atomų ir žmogaus koordinacijos. Mums jis reikalingas patikimas, net jei visata yra chaotiška.
Tad kitą kartą, kai jūsų laikrodis peržengs naują minutę, prisiminkite, kad už to mažo skaičiaus slypi visa mokslų pasaulis, kuris viską išlaiko suderintą.