Что такое секунда и как она изменится в будущем?

Возможно, фундаментальная единица времени изменится уже через несколько лет. И от этого станет станет лучше.

Мгновение ока, удар сердца или даже неспешное “раз, два, три…” – вот как мы интуитивно отсчитываем секунды. Будь то тиканье часов или мелькающие цифры на экране, эта базовая единица времени задает ритм нашей жизни и лежит в основе почти всех научных измерений. Но что же такое секунда на самом деле?

Определение секунды

Определение, которым мы пользуемся сегодня, было принято в 1967 году. Секунда – это “продолжительность 9 192 631 770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133”. Проще говоря, атом можно перевести в возбужденное состояние, и он со временем вернется в основное.

Этот переход можно использовать для создания отличного узкополосного фильтра в микроволновом диапазоне. Благодаря своей высокой стабильности, этот фильтр может задавать очень точный ритм. Это и есть основа самых точных атомных часов. Определение частично обновлялось в 2018 году, но по-прежнему основывалось на сверхтонком переходе атома цезия-133.

Секунда и ее определение играют ключевую роль в метрологии – науке об измерениях. Фактически, метр (единица длины), килограмм (единица массы), ампер (единица силы тока), кельвин (единица температуры) и кандела (единица силы света) – все они зависят от определения секунды.

Переопределение секунды

Хотя существующее определение прекрасно служило нам десятилетиями, ученые изучают возможность его дальнейшего улучшения. Технологические прорывы в создании оптических атомных часов обеспечивают гораздо большую точность, чем классические цезиевые часы. Разрабатываются самые быстрые часы и новые способы совершенствования этих приборов.

“Как общий принцип, определения единиц СИ должны основываться на методах измерения, которые приводят к наименьшей погрешности для всех вторичных измерений величин, основанных на этих единицах”, – заявила доктор Лиз Донли, руководитель отдела времени и частоты Национального института стандартов и технологий (NIST).

“Оптические эталоны частоты достигли уровня, когда они могут выполнять измерения частоты, которые в 100 раз точнее, чем измерения, выполняемые с использованием цезия в качестве эталона”.

Потенциальное переопределение секунды вполне возможно уже в 2030 году, но для этого необходимо выполнить несколько строгих требований, включая возможность передачи точного, переопределенного значения секунды по оптоволоконным линиям связи.

Возможно, это и не изменит то, как мы измеряем мгновения нашей жизни, но это будет невероятно важно для науки. Это будет похоже на наручные часы, которые не отстают ни на секунду, даже если их оставить работать на миллиарды лет.