O clipire, o bătaie a inimii sau intervalul dintre o inspirație și o expirație – acestea sunt moduri prin care încercăm instinctiv să măsurăm o secundă cu propriul corp. Fie că este vorba despre ticăitul unui ceas sau despre schimbarea unui număr pe un afișaj digital, această unitate de timp fundamentală definește ritmul vieții și stă la baza aproape tuturor măsurătorilor științifice. Dar ce este, de fapt, o secundă?
Ce este o secundă
Definiția actuală a secundei a fost stabilită la nivel internațional în anul 1967 și sună astfel: „O secundă este durata a 9.192.631.770 de perioade ale radiației ce corespunde tranziției dintre cele două niveluri hiperfine ale stării fundamentale a atomului de cesiu-133 în repaus la temperatura de 0 K.”
Cu alte cuvinte, un atom de cesiu-133 poate fi plasat într-o stare excitată și, în timp, revine la starea sa fundamentală. Această tranziție poate fi utilizată pentru a crea un filtru notch extrem de precis în domeniul microundelor. Datorită stabilității sale ridicate, acest filtru permite menținerea unui ritm constant, ceea ce constituie principiul de funcționare al ceasurilor atomice – cele mai precise instrumente de măsurare a timpului.
Definiția secundei a fost inițial legată de perioada de rotație a Pământului în jurul propriei axe, prin împărțirea unei zile solare medii în 24 de ore, a fiecărei ore în 60 de minute, și a fiecărui minut în 60 de secunde, adică 1/86400 din ziua solară medie. Acest mod de definire a fost suficient de precis până când au apărut ceasuri mai exacte care au dovedit că rotația Pământului nu are o perioadă constantă, ci prezintă variații neregulate.
Definiția secundei a fost parțial revizuită în anul 2018, dar continuă să se bazeze pe tranziția hiperfină a atomului de cesiu-133.[sursa]
Secundele în istorie
Denumirile inițiale pentru subdiviziunile orei erau în latina medievală „pars minuta prima” și „pars minuta secunda” (adică parte mică de primul rang și respectiv parte mică de rangul al doilea). Prin simplificarea acestor expresii s-a ajuns la minutul și respectiv secunda de astăzi.
Numărul 60 folosit în divizarea orei și a minutului este probabil moștenit de la sistemul de numerație în baza 60 folosit de babilonieni. Se bănuiește că ziua a fost împărțită pentru prima dată în 24 de părți de către vechii egipteni.
Ca urmare, la propunerea matematicianului Carl Friedrich Gauß, secunda a fost definită ca 1/86400 din zi (ziua solară medie). În aceste condiții, se putea verifica experimental și legătura cu metrul: teoretic, la un pendul cu lungimea de 1 metru timpul de mișcare între punctele extreme este de 1 s. Practic, în funcție de latitudine, apar abateri de câteva miimi de secundă.
Importanța secundei în știința măsurătorilor
Secunda joacă un rol esențial în metrologie, știința care se ocupă cu măsurarea fenomenelor fizice. Mai mult decât atât, unități de măsură fundamentale precum metrul (lungime), kilogramul (masă), amperul (curent electric), kelvinul (temperatură) și candela (intensitate luminoasă) sunt definite în raport cu secunda.
Așadar, fie că ne bazăm pe un ceas atomic ultra-precis sau pe ritmul natural al corpului, fiecare secundă este o unitate esențială care ne guvernează existența și progresele științifice.
Deși definiția actuală a secundei a fost extrem de precisă timp de decenii, cercetătorii explorează posibilitatea unei îmbunătățiri semnificative. Progresele tehnologice în domeniul ceasurilor atomice optice promit o precizie de sute de ori mai mare decât cea oferită de ceasurile cu cesiu utilizate în prezent. Această dezvoltare ar putea duce la redefinirea oficială a secundei în următorii ani.
Ceasurile atomice optice: de 100 de ori mai precise
„Ca principiu general, definițiile unităților SI trebuie să se bazeze pe metodele de măsurare care asigură cea mai mică incertitudine pentru toate măsurătorile secundare derivate din aceste unități.”, a explicat Dr. Liz Donley, șefa Diviziei de Timp și Frecvență din cadrul Institutului Național de Standarde și Tehnologie (NIST).
Donley a subliniat că standardele optice de frecvență au atins un nivel la care pot efectua măsurători de 100 de ori mai precise decât cele bazate pe cesiu, actualul standard internațional. Această avansare tehnologică deschide calea spre o nouă definiție a secundei, una care să reflecte cele mai înalte standarde de precizie disponibile în prezent.
O actualizare oficială a definiției secundei ar putea avea loc până în anul 2030, însă există mai multe cerințe stricte care trebuie îndeplinite înainte ca schimbarea să fie adoptată. Printre acestea se numără capacitatea de a transmite noua definiție a secundei prin fibră optică, asigurând astfel o sincronizare perfectă la nivel global.
Deși această redefinire nu va afecta modul în care percepem trecerea timpului în viața de zi cu zi, impactul său în știință și tehnologie va fi uriaș. O precizie îmbunătățită va influența domenii precum navigația prin satelit, telecomunicațiile, fizica cuantică și explorarea spațială.
„Va fi ca și cum am avea un ceas care nu pierde nici măcar o secundă, chiar și după miliarde de ani de funcționare”, spun cercetătorii.
Abonaţi-vă la newsletter folosind butonul de mai jos, pentru a primi - periodic şi gratuit - o notificare pe adresa de email atunci când publicăm articole interesante:
