Trúðu það eða ekki, í staðinn fyrir kíló af eplum eða perum geturðu beðið um að fá að selja rétt magn á nokkrum sekúndum.
Nútímasiðmenning væri ómöguleg án mælinga og mælingar væru tilgangslausar ef sömu mælieiningar væru ekki notaðar um allan heim. Í mörg ár (næstum 150) hafa stórfræðingar um allan heim komið sér saman um strangar skilgreiningar á mælieiningum í gegnum Bureau International des Poids et Mesures (BIPM), sem staðsett er í Frakklandi, nálægt París. BIPM stjórnar nú sjö grunneiningum sem stjórna tíma, lengd, massa, rafstraumi, hitastigi, ljósstyrk og magni efnis. Saman eru þessar einingar ekkert annað en tungumál nútímavísinda, tækni og viðskipta.
En vísindamenn eru stöðugt að betrumbæta þessa almennt viðurkenndu staðla. Árið 2018 voru nýjar skilgreiningar á kílógrammi (massi), amper (straumur), kelvin (hitastig) og mól (magn efnis) samþykktar. Það hljómar frábærlega, en núna, að undanskildum mólinn, eru allir staðlar háðir einu - tíma. Metri er til dæmis skilgreind sem vegalengdin sem ljós fer í lofttæmi á 1/299. úr sekúndu. Á sama hátt er nú skilgreiningin á kílói byggð á sekúndu og að finna út hvernig á að gera þetta er ekki svo erfitt.
Þetta þýðir að fræðilega, þó að það sé ekki öllum í kring ljóst, geturðu ákvarðað þyngd eða lengd á sekúndum.
Vísindin standa ekki í stað, nú ákváðu þeir að taka annað slag og gefa henni nýja skilgreiningu, þó að viðurkenna að allur arkitektúr hnattrænna mælinga veltur á þessu gildi, þeir lofa að breyta ekki lengd þess. Forvitinn? Þá skulum við kafa ofan í sögu málsins.
Einu sinni ákvað fólk tímann með því að horfa til himins. En síðan 1967 hafa stórfræðingar samþykkt að ákvarða tímann með því að mæla ferlana inni í atóminu, telja, fallega sagt, eilífan hjartslátt alheimsins. En tíminn er samt nátengdur meginreglum stjarnfræðilegra mælinga hans. Upphaflega var tíminn ákvarðaður af leið jarðar í daglegum snúningi hennar, frá degi til kvölds og til baka. Á einhverjum tímapunkti skiptu fornegypskir stjörnufræðingar, með tvítuga númerakerfi (byggt á 12), degi og nótt í 12 klukkustundir hver, sem gaf 24 klukkustundir á sólarhring.
En tímarnir voru mismunandi að lengd eftir því hvar jörðin var á braut sinni um sólina. Fyrir rúmum 2000 árum komu grískir stjörnufræðingar, sem þurftu föst gildi til að reikna td hreyfingu tunglsins, upp þá byltingarkenndu hugmynd að einum degi ætti að skipta í 24 klukkustundir sem eru jafn langar. Sama "stjarnfræðilega" hugsunin varð til þess að þeir beittu hinni fornu babýlonsku aðferð að telja upp í 60 (kynhneigð) á klukkur. Rétt eins og þeir skiptu 360 gráðum hrings eða kúlu jarðar í 60 hluta eða mínútur, skiptu þeir hverri mínútu í 60 sekúndur.
Fyrsta skipting dagsins (þekkt á latínu sem partes minutae primae) gaf þeim lengd mínútu, sem var 1/1440 hluti af meðalsóldegi. Önnur skipting (partes minutae secundae) gaf þeim lengd - og um leið nafn - sekúndu, sem var 1/86. úr degi. Reyndar stóð þessi skilgreining til ársins 400.
En vandamálin eru ekki horfin. Jörðin hægir smám saman á daglegum snúningi sínum; dagarnir eru að lengjast aðeins, og stjarnfræðilega seinni líka. Þessir litlu munur bætast við. Þeir skrifa að, byggt á framreikningi á sögulegum myrkva og öðrum athugunum, hafi jörðin sem tæki til að ákvarða tíma (eins og klukka!) tapað meira en þremur klukkustundum á undanförnum 2000 árum - ekki svo slæm niðurstaða fyrir úlnliðstíðnimæli. , en hentar ekki fyrir vísindalega nálgun.
Í ljós kemur að staðlað tímaeining sem byggir á stjarnfræðilegum reikningi er ekki stöðug og þessi veruleiki varð æ óbærilegri fyrir stórfræðinga á fyrstu áratugum síðustu aldar þegar þeir uppgötvuðu hversu ójafn snúningur jarðar var. Og vísindin krefjast stöðugleika og áreiðanleika. Eins og tímarnir, í lok sjöunda áratugarins, var samfélagið í auknum mæli háð útvarpstíðnum, sem krafðist mjög nákvæmrar samstillingar.
Á tímum atómsins sneru stórfræðingar sér að atóminu, eða öllu heldur að miklu fyrirsjáanlegri hreyfingu atóma. Atóm slitna aldrei eða hægja á sér. Eiginleikar þeirra breytast ekki með tímanum. Fullkomið úr. Hittu Cesium-133.
Sesíum, silfurgull málmur sem er fljótandi við stofuhita, hefur þung, hægfara atóm, sem þýðir að tiltölulega auðvelt er að rekja þau. Vísindamennirnir settu sesíumatóm í lofttæmi og útsettu þau fyrir örbylgjuorku í ósýnilegu rafsegulsviði. Áskorunin var að komast að því hvaða bylgjulengd eða tíðni myndi valda því að eins mörg sesíumatóm og mögulegt væri til að gefa frá sér pakka af ljósi, eða ljóseind. Ljóseindir voru teknar með skynjara og taldar. Þess vegna var bylgjulengdin tilnefnd sem náttúruleg ómun tíðni atómsins.
Til einföldunar, ímyndaðu þér pendúl. Pendúll sem virkar í takti sem er einstakur fyrir þessa tegund atóma. Þegar um cesium-133 er að ræða er tíðnin 9 lotur á sekúndu. Lengd þeirrar seinni sem notuð var í tilrauninni var miðuð við lengd dagsins árið 192, þegar upprunalegu vísindatilraunirnar voru gerðar. Árið 631 höfðu stórfræðingar frá skrifstofu þyngdar og mælikvarða staðfest endurómtíðni cesium-77 sem opinbera lengd seinni.
Þrátt fyrir þessa skilgreiningu sem byggir á sesíum eru stjarnfræðilegur tími og atómtími enn órjúfanlega tengd. Í fyrsta lagi þarf stundum að leiðrétta atómtíma til að passa við stjarnfræðilegan tíma vegna þess að jörðin heldur áfram að breyta hraða sínum á óreglulegum hraða á meðan atómtími er stöðugur. Þegar atómtími verður næstum einni sekúndu hraðari en stjarnfræðilegur tími, stöðva tímaverðirnir hann um stund og leyfa jörðinni að ná sér á strik - þeir bæta við sekúndu til viðbótar á ári.
Þannig að þótt lengd sekúndu breytist ekki þá breytist lengd mín af og til. Eftir að hafa upphaflega bætt við 10 hlaupsekúndum árið 1972, bæta tímaverðir nú hlaupsekúndu við atómtíma á u.þ.b. einu og hálfu ári hverju.
Eins undarlega og það hljómar, teljum við enn sekúndur 1957, jafnvel með nútíma atómklukkum okkar. Þetta er vegna þess að sjálfsómtíðni cesium-133 var mæld árið 1957 og bundin við lengd stjarnfræðilegu sekúndu á því ári, staðreynd sem myndi ekki breytast þótt gildi sekúndu væri endurskilgreint aftur.
En ef svo er, hvers vegna er sú seinni ný skilgreining? Þetta er allt annarri vísindalegri uppfinningu að kenna - ljósatómklukku. Þeir vinna eftir sömu lögmálum og sesíumklukka, en þeir mæla frumeindir sem hafa mun hærri náttúrulega ómun (skilyrt, tikk). Þessar tíðnir eru á sýnilegu eða sjónrænu sviði rafsegulrófsins en ekki á örbylgjusviðinu, þess vegna nafnið.
Það eru til nokkrar gerðir af sjón-klukkum, sem hver um sig telur „tikk“ eins atóms eða jónar - ytterbíum, strontíum, kvikasilfur, ál og fleira.
Hvers vegna, maður spyr sig, þurfum við enn meiri nákvæmni? Að hluta til vegna þess að tíminn er ekki hann sjálfur; það tengist þyngdarafl og massa og er undir áhrifum frá þeim. Tíminn (fanfari!) er heldur ekki stöðugur, þó að menn geti gert slíka forsendu, vitandi tilvist alþjóðlegs staðals. Afstæðiskenning Alberts Einsteins bendir til dæmis á að tíminn gangi hægar þegar hann er nálægt massamiklum líkama, eins og plánetu, vegna þess að hann hægir á sér vegna þyngdaraflsins.
Þetta þýðir að ef hraði sjón-klukkunnar breytist, jafnvel þó ekki sé nema örlítið, þá geta líkamlegar aðstæður þar sem klukkan er staðsett einnig breyst. Hæfnin til að lesa þessar breytingar er sögð gera okkur kleift að greina hluti eins og hulduefni eða þyngdarbylgjur með ljósfræðilegum atómklukkum. Hræðilegt, ekki satt? Lestu áfram.
Árið 2015 voru bandarískir eðlisfræðingar rétt að byrja að þróa sjón-atómklukkur sínar og þeir voru undrandi yfir þeirri staðreynd að sekúndur voru taldar aðeins öðruvísi í klukkum sem voru staðsettar í rannsóknarstofum staðsettar á mismunandi heimilisföngum. Afstæðiskenning í verki? Geta sjón-klukkur brugðist við litlum breytingum á þyngdarafl? Þeir pöntuðu mælingar á hæðarmun milli rannsóknarstofanna þar sem klukkan stóð, því eins og tíminn er hæð tengd þyngdarafli og massa. Klukkurnar voru í raun misháar. Örlítið mismunandi tímamælingar þeirra tóku upp fíngerðar breytingar á þyngdarsviðinu. Ljósklukkan, sem var aðeins einum sentímetra hærri en hinar, hljóp hraðar!
Spá Einsteins um hvað massi og þyngdarafl gera með tímanum er í raun ekki svo ótrúleg. Það er eftir að læra hvernig á að nota það í reynd.
