सेकंड में आप कितना वजन करते हैं?

आधुनिक सभ्यता माप के बिना असंभव होगी, और माप व्यर्थ होगा यदि माप की एक ही इकाइयाँ पूरी दुनिया में उपयोग नहीं की जाती हैं। कई वर्षों (लगभग 150) के लिए, दुनिया भर के मेट्रोलॉजिस्ट पेरिस के पास फ्रांस में स्थित ब्यूरो इंटरनेशनल डेस पॉयड्स एट मेसर्स (बीआईपीएम) के माध्यम से माप की इकाइयों की सख्त परिभाषा पर सहमत हुए हैं। बीआईपीएम वर्तमान में सात बुनियादी इकाइयों को नियंत्रित करता है जो समय, लंबाई, द्रव्यमान, विद्युत प्रवाह, तापमान, प्रकाश की तीव्रता और पदार्थ की मात्रा को नियंत्रित करते हैं। साथ में ये इकाइयाँ और कुछ नहीं बल्कि आधुनिक विज्ञान, प्रौद्योगिकी और वाणिज्य की भाषा हैं।

लेकिन वैज्ञानिक इन आम तौर पर स्वीकृत मानकों को लगातार परिष्कृत कर रहे हैं। 2018 में, किलोग्राम (द्रव्यमान), एम्पीयर (वर्तमान), केल्विन (तापमान) और मोल (पदार्थ की मात्रा) की नई परिभाषाओं को मंजूरी दी गई थी। यह शानदार लगता है, लेकिन अब, तिल के अपवाद के साथ, सभी मानक एक चीज के अधीन हैं - समय। एक मीटर, उदाहरण के लिए, एक सेकंड के 1/299 वें भाग में एक निर्वात में प्रकाश यात्रा की दूरी के रूप में परिभाषित किया गया है। उसी तरह, अब एक किलोग्राम की परिभाषा एक सेकंड पर आधारित है और यह पता लगाना कि यह कैसे करना है, इतना मुश्किल नहीं है।

इसका मतलब यह है कि सैद्धांतिक रूप से, हालांकि यह आसपास के सभी लोगों के लिए स्पष्ट नहीं होगा, आप सेकंड में वजन या लंबाई निर्धारित कर सकते हैं।

विज्ञान अभी भी खड़ा नहीं है, अब उन्होंने एक सेकंड लेने और इसे एक नई परिभाषा देने का फैसला किया, हालांकि, यह मानते हुए कि वैश्विक माप की पूरी वास्तुकला इस मूल्य पर निर्भर करती है, वे इसकी अवधि को नहीं बदलने का वादा करते हैं। साजिश हुई? तो आइए इस मुद्दे के इतिहास में गोता लगाएँ।

एक बार लोगों ने आसमान को देख कर समय का निर्धारण किया। लेकिन 1967 के बाद से, मेट्रोलॉजिस्ट ने परमाणु के अंदर की प्रक्रियाओं को मापकर, ब्रह्मांड के शाश्वत दिल की धड़कन की गिनती, खूबसूरती से बोलकर समय निर्धारित करने पर सहमति व्यक्त की है। लेकिन समय अभी भी अपने खगोलीय माप के सिद्धांतों से निकटता से संबंधित है। प्रारंभ में, समय पृथ्वी के पथ द्वारा उसके दैनिक घूर्णन में, दिन से रात और पीछे से निर्धारित किया जाता था। कुछ बिंदु पर, प्राचीन मिस्र के खगोलविदों ने एक ग्रहणी संख्या प्रणाली (12 के आधार पर) का उपयोग करते हुए, दिन और रात को 12 घंटे में विभाजित किया, एक दिन में 24 घंटे दिए।

लेकिन पृथ्वी सूर्य के चारों ओर अपनी कक्षा में कहां थी, इस पर निर्भर करते हुए घंटों की अवधि अलग-अलग थी। 2000 साल पहले, ग्रीक खगोलविदों को गणना करने के लिए निश्चित मूल्यों की आवश्यकता थी, उदाहरण के लिए, चंद्रमा की गति, क्रांतिकारी विचार के साथ आई थी कि एक दिन को समान लंबाई के 24 घंटों में विभाजित किया जाना चाहिए। उसी "खगोलीय" सोच ने उन्हें घड़ियों में 60 (सेक्सजेसिमल) तक गिनने की प्राचीन बेबीलोनियाई पद्धति को लागू करने के लिए प्रेरित किया। जैसे उन्होंने पृथ्वी के वृत्त या गोले के 360 अंशों को 60 भागों या मिनटों में विभाजित किया, उन्होंने प्रत्येक मिनट को 60 सेकंड में विभाजित किया।

दिन के पहले भाग (लैटिन में partes minutae primee के रूप में जाना जाता है) ने उन्हें एक मिनट की लंबाई दी, जो एक औसत सौर दिन का 1/1440 वां था। दूसरा डिवीजन (पार्ट्स मिनुटे सेकुंडे) ने उन्हें अवधि दी - और साथ ही नाम - एक सेकंड का, जो एक दिन का 1/86 वां था। वास्तव में यह परिभाषा 400 तक चली।

लेकिन समस्याएं खत्म नहीं हुई हैं। पृथ्वी धीरे-धीरे अपने दैनिक घूर्णन को धीमा कर देती है; दिन थोड़े लंबे हो रहे हैं, और ऐसा ही खगोलीय दूसरा है। ये छोटे-छोटे अंतर जुड़ जाते हैं। वे लिखते हैं कि, ऐतिहासिक ग्रहणों और अन्य अवलोकनों के एक्सट्रपलेशन के आधार पर, समय निर्धारित करने के लिए एक उपकरण के रूप में पृथ्वी (घड़ी की तरह!) पिछले 2000 वर्षों में तीन घंटे से अधिक खो गई है - कलाई कालक्रम के लिए इतना बुरा परिणाम नहीं है , लेकिन वैज्ञानिक दृष्टिकोण के लिए उपयुक्त नहीं है।

यह पता चला है कि खगोलीय कलन पर आधारित समय की मानक इकाई स्थिर नहीं है, और यह वास्तविकता पिछली शताब्दी के पहले दशकों में मेट्रोलॉजिस्टों के लिए असहनीय हो गई, जब उन्होंने पाया कि पृथ्वी का घूर्णन कितना असमान था। और विज्ञान को स्थिरता और विश्वसनीयता की आवश्यकता होती है। समय की तरह, 1960 के दशक के अंत तक, समाज तेजी से रेडियो फ्रीक्वेंसी पर निर्भर था, जिसके लिए अत्यंत सटीक सिंक्रनाइज़ेशन की आवश्यकता थी।

परमाणु के युग में, मेट्रोलॉजिस्ट ने परमाणु की ओर रुख किया, या बल्कि परमाणु कणों की अधिक अनुमानित गति के लिए। परमाणु कभी खराब नहीं होते और न ही धीमे होते हैं। उनके गुण समय के साथ नहीं बदलते हैं। बिल्कुल सही घड़ी। सीज़ियम-133 से मिलें।

सीज़ियम, एक चांदी-सोने की धातु जो कमरे के तापमान पर तरल होती है, में भारी, धीमी गति से चलने वाले परमाणु होते हैं, जिसका अर्थ है कि उन्हें ट्रैक करना अपेक्षाकृत आसान है। वैज्ञानिकों ने सीज़ियम परमाणुओं को एक निर्वात में रखा और उन्हें एक अदृश्य विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र में माइक्रोवेव ऊर्जा के संपर्क में लाया। चुनौती यह पता लगाने की थी कि किस तरंग दैर्ध्य या आवृत्ति के कारण जितने संभव हो उतने सीज़ियम परमाणु प्रकाश के एक पैकेट, या एक फोटॉन का उत्सर्जन करेंगे। फोटॉन को एक डिटेक्टर द्वारा कैप्चर किया गया और गिना गया। नतीजतन, तरंग दैर्ध्य को परमाणु की प्राकृतिक गुंजयमान आवृत्ति के रूप में नामित किया गया था।

सादगी के लिए, एक पेंडुलम की कल्पना करें। एक पेंडुलम जो इस प्रकार के परमाणु के लिए अद्वितीय लय में काम करता है। सीज़ियम-133 के मामले में, आवृत्ति 9 चक्र प्रति सेकंड है। प्रयोग में प्रयुक्त दूसरे की लंबाई 192 में उस दिन की लंबाई पर आधारित थी, जब मूल वैज्ञानिक प्रयोग किए गए थे। 631 तक, वज़न और माप ब्यूरो के मेट्रोलॉजिस्टों ने दूसरी की आधिकारिक अवधि के रूप में सीज़ियम -77 की गुंजयमान आवृत्ति की स्थापना की थी।

इस सीज़ियम-आधारित परिभाषा के बावजूद, खगोलीय समय और परमाणु समय अभी भी अटूट रूप से जुड़े हुए हैं। सबसे पहले, परमाणु समय को खगोलीय समय से मेल खाने के लिए कभी-कभी सही करने की आवश्यकता होती है क्योंकि पृथ्वी अपनी गति को अनियमित दर से बदलती रहती है जबकि परमाणु समय स्थिर रहता है। जब परमाणु समय खगोलीय समय से लगभग एक सेकंड तेज हो जाता है, तो टाइमकीपर इसे एक पल के लिए रोक देते हैं, जिससे पृथ्वी पकड़ में आ जाती है - वे प्रति वर्ष एक अतिरिक्त सेकंड जोड़ते हैं।

इस प्रकार, हालांकि एक सेकंड की लंबाई नहीं बदलती है, एक मिनट की लंबाई समय-समय पर बदलती रहती है। 10 में शुरू में 1972 लीप सेकंड जोड़ने के बाद, टाइमकीपर अब लगभग हर डेढ़ साल में परमाणु समय में एक लीप सेकेंड जोड़ते हैं।

इसके अलावा, यह सुनने में जितना अजीब लगता है, हम अभी भी अपनी आधुनिक परमाणु घड़ियों के साथ, 1957 के युग के सेकंड गिनते हैं। इसका कारण यह है कि सीज़ियम -133 की स्व-गुंजयमान आवृत्ति 1957 में मापी गई थी और उस वर्ष में खगोलीय सेकंड की अवधि से जुड़ी हुई थी, एक ऐसा तथ्य जो एक बार फिर से दूसरे के मूल्य को फिर से परिभाषित करने पर भी नहीं बदलेगा।

लेकिन अगर ऐसा है तो दूसरी नई परिभाषा क्यों है? यह सब एक और वैज्ञानिक आविष्कार की गलती है - एक ऑप्टिकल परमाणु घड़ी। वे सीज़ियम घड़ी के समान सिद्धांतों पर काम करते हैं, लेकिन वे परमाणुओं को मापते हैं जिनकी प्राकृतिक गुंजयमान आवृत्ति बहुत अधिक होती है (सशर्त रूप से, टिक)। ये आवृत्तियां विद्युतचुंबकीय स्पेक्ट्रम के दृश्य या ऑप्टिकल रेंज में हैं और माइक्रोवेव रेंज में नहीं हैं, इसलिए नाम।

कई प्रकार की ऑप्टिकल घड़ियां हैं, जिनमें से प्रत्येक एक परमाणु या आयन के "टिक" की गणना करती है - येटरबियम, स्ट्रोंटियम, पारा, एल्यूमीनियम और अन्य।

क्यों, कोई आश्चर्य करता है, क्या हमें और भी अधिक सटीकता की आवश्यकता है? आंशिक रूप से क्योंकि समय स्वयं नहीं है; यह गुरुत्वाकर्षण और द्रव्यमान से संबंधित है और उनसे प्रभावित है। समय (धूमधाम!) भी स्थिर नहीं है, हालांकि एक अंतरराष्ट्रीय मानक के अस्तित्व को जानकर, ऐसी धारणा बना सकते हैं। उदाहरण के लिए, अल्बर्ट आइंस्टीन के सापेक्षता के सिद्धांत से पता चलता है कि समय अधिक धीरे-धीरे आगे बढ़ता है जब यह एक विशाल पिंड के पास होता है, जैसे कि एक ग्रह, क्योंकि यह गुरुत्वाकर्षण के कारण धीमा हो जाता है।

इसका मतलब यह है कि यदि ऑप्टिकल घड़ी की दर में परिवर्तन होता है, भले ही वह थोड़ा ही क्यों न हो, भौतिक स्थिति जिसमें घड़ी स्थित है, भी बदल सकती है। कहा जाता है कि इन परिवर्तनों को पढ़ने की क्षमता हमें ऑप्टिकल परमाणु घड़ियों का उपयोग करके डार्क मैटर या गुरुत्वाकर्षण तरंगों जैसी वस्तुओं का पता लगाने में सक्षम बनाती है। भयानक, है ना? पढ़ते रहिये।

2015 में, अमेरिकी भौतिक विज्ञानी अपनी ऑप्टिकल परमाणु घड़ियों को विकसित करना शुरू कर रहे थे, और वे इस तथ्य से हैरान थे कि अलग-अलग पते पर स्थित प्रयोगशालाओं में स्थित घड़ियों में सेकंड को थोड़ा अलग तरीके से गिना जाता था। क्रिया में सापेक्षता? क्या ऑप्टिकल घड़ियाँ गुरुत्वाकर्षण में छोटे बदलावों का जवाब दे सकती हैं? उन्होंने उन प्रयोगशालाओं के बीच ऊंचाई के अंतर को मापने का आदेश दिया जहां घड़ी खड़ी थी, क्योंकि समय की तरह, ऊंचाई गुरुत्वाकर्षण और द्रव्यमान से संबंधित है। घड़ियाँ वास्तव में अलग-अलग ऊँचाई पर थीं। उनके थोड़े अलग समय मापन ने गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में सूक्ष्म परिवर्तन किए। ऑप्टिकल घड़ी, जो दूसरों की तुलना में केवल एक सेंटीमीटर लंबी थी, तेजी से दौड़ी!

समय के साथ द्रव्यमान और गुरुत्वाकर्षण क्या करते हैं, इस बारे में आइंस्टीन की भविष्यवाणी वास्तव में अविश्वसनीय नहीं है। यह सीखना बाकी है कि व्यवहार में इसका उपयोग कैसे किया जाए।