В 1967 году ученые мира объединили усилия, чтобы разгадать давнюю тайну: насколько же длительна секунда? На первый взгляд ответ кажется простым: тиканье часов, движение маятника или время произносимого слова "раз". Но разве все так просто?
Если заглянуть в прошлое, у нас в голове возникает картина: древние цивилизации, следящие за движением звезд на ночном небосклоне с помощью своих уникальных календарей. Секунда, как мы ее понимаем сегодня, появилась лишь в конце 1500-х, благодаря Григорианскому календарю и экспансии британской империи.
С течением времени мы научились делить день на 24 часа, час — на 60 минут, а минуту — на 60 секунд. Но откуда взялась такая система и какова история этой крошечной единицы времени? Присоединяйтесь к нашему путешествию в прошлое!
Когда впервые была введена концепция "секунды", она скорее представляла собой математическую абстракцию, нежели практическую единицу измерения времени. Для большинства задач в аграрных обществах было достаточно измерять лишь дни и часы. Но с развитием железных дорог и увеличением скорости перемещения между городами возникла необходимость в более точном согласовании времени. К середине XX века многие мировые системы стали требовать исключительной точности в отсчете каждой секунды.
И что может дать более точные результаты, чем атомное измерение? Начиная с 1955 года, ученые приступили к созданию атомных часов, опираясь на неизменяемые принципы физики. Ведь атомы содержат электроны, которые "вращаются" вокруг ядра с постоянной частотой, и этот процесс регулируется законами квантовой механики.
Если атом подвергается воздействию электромагнитного поля, например, света или радиоволн, ориентация электронов может изменяться. Правильная настройка этой частоты позволяет получить колебания, аналогичные тем, что создает маятник. И в то время как обычные маятники со временем теряют свою энергию, электронные "тики" могут продолжаться столетиями. Для стабилизации этого процесса исследователи превращают атомы в газообразное состояние, что не влияет на их удивительную способность к быстрому "тиканью".
Некоторые атомы способны выполнять колебания более чем девять миллиардов раз в одну секунду, что обеспечивает атомным часам несравненную точность в измерении времени. И так как каждый атом конкретного изотопа элемента идентичен по своей структуре, два ученых, применяющих одинаковый элемент и ту же электромагнитную волну, будут получать полностью соответствующие друг другу результаты.
Но перед тем как мировое временное измерение перешло бы на атомный уровень, необходимо было определиться, какой именно атом будет оптимальным для этой цели.
В 1967 году на Тринадцатой генеральной конференции Международного комитета по стандартам и меркам этот вопрос стоял на повестке дня. Ведь в периодической таблице Менделеева насчитывается 118 элементов, каждый со своим набором характеристик.
Для выполнения поставленной задачи ученые определили ряд критериев. Выбранный элемент должен был обладать стабильной и высокочастотной осцилляцией электронов для точного и продолжительного отсчета времени. Для удобства отслеживания этой осцилляции, элементу также требовалось иметь четко измеряемый квантовый спин — ориентацию, вокруг которой происходит "вращение" электрона, а также простую структуру энергетических уровней, что подразумевает минимальное количество активных электронов и простоту их идентификации. И, наконец, его нужно было легко испарять.
Лидер среди всех? Цезий-133. Цезий уже был популярным элементом в исследованиях атомных часов, и к 1968 году некоторые часы на цезии даже стали коммерчески доступными. Оставалось лишь установить, сколько "тиков" атома цезия содержится в одной секунде.
На конференции для этого использовали самое точное астрономическое определение секунды, доступное в то время — начиная с количества дней в году и затем делив это число. При сравнении со скоростью "тиканья" атома было формально установлено, что одна секунда эквивалентна ровно 9,192,631,770 "тикам" атома цезия-133.
Сегодня атомные часы используются повсюду на Земле — и даже за ее пределами. Начиная от передатчиков радиосигналов и заканчивая спутниками для глобальных систем позиционирования, все эти устройства были синхронизированы, чтобы помочь нам поддерживать глобально единое время — с точностью, которая не имеет себе равных.
Надеемся, что эта информация была полезной и интересной для вас. Подписывайтесь на наш канал, чтобы не пропустить новые публикации. Ваше мнение очень важно для нас, поэтому не стесняйтесь делиться своими мыслями в комментариях. Если вам понравилась статья, поставьте лайк и рекомендуйте нас своим друзьям. Благодарим за внимание!