Возможно, такой вопрос звучит странно. Секунда — это всем известная единица времени. Мы можем отсчитать секунду по движению стрелки на часах, с помощью колебания маятника или же просто сказав: “Пятьсот один”. Однако не всё так просто. Секунда должна быть чему-то равна, чтобы быть физической величиной.
Изначально секунда была представлена как математическая идея, а не физическая величина. Это произошло в 16 веке с распространением григорианского календаря. Именно тогда появился известный нам концепт времени - 365 дней в году, 24 часа в сутки, 60 минут в часе и, соответственно, 60 секунд в минуте. Долгое время людям просто не нужны были секунды - какая разница, в какую секунду произойдет то или иное событие. Но всё изменилось с появлением новых технологий. Уже в 50-х годах прошлого века с развитием техники появилась необходимость в точном измерении секунды. И ученые решили обратиться к атому - самой точной единице во Вселенной.
В 1955 году началась разработка атомных часов, которые полагались на неизменные законы физики. Атомные часы должны были стать основой для измерения времени. Как вы знаете, атом состоит из отрицательно заряженных электронов, которые “вращаются” вокруг положительно заряженного ядра. Законы квантовой механики не дают электронам “разлететься”, но если воздействовать на электроны электромагнитным полем, например светом или радиоизлучением, то можно слегка нарушить ориентацию электрона. И если нарушить эту ориентацию с определенной частотой, то электрон будет “раскачиваться” почти как часовой маятник. Но здесь есть важное отличие от обычных маятников - электроны могут раскачиваться веками. Еще одно преимущество атомных часов заключалось в том, что за одну секунду атом мог раскачиваться более девяти миллиардов раз, что придавало атомным часам большую точность. А из-за того, что изотопы определенных элементов идентичны, у двух ученых в разных точках мира получались полностью синхронизированные часы.
В 1967 году на 13-ой Генеральной конференции Международного комитета мер и весов представители разных стран выбирали химический элемент, который должен был стать стандартным для атомных часов всего мира. Критерии для элемента были просты: электрон у него должен непрерывно колебаться на высоких частотах для точности и долговечности атомных часов, у электрона должен быть точно измеримый квантовый спин для простоты измерений, а также у элемента должна быть простая структура электронных уровней, что обеспечивало простоту определения состояния активных электронов. И всем этим критериям соответствовал цезий-133. Осталось только определить, сколько колебаний атом совершал за одну секунду. Наиболее точная секунда с астрономической точки зрения — это 1 год, разделенный на 365 и 1/4 дней, разделенный на 24 часа, разделенный на 60 минут, и разделенный на 60 секунд. Затем ученые высчитали, сколько колебаний атома происходило за этот промежуток времени. Получилось, что за одну секунду атом цезия-133 совершает 9.192.631.770 колебаний. Так что, если вдруг у вас спросят, чему равна секунда, вы с уверенностью можете назвать это значение.
Атомные часы с использованием цезия уже использовались в лабораториях, а в 1968 году они стали доступны и широкому потребителю. Сейчас они используются повсеместно. Таким образом все жители планеты Земля живут по невероятно точному согласованному времени.
