طول “یک ثانیه” واقعا چقدر است؟

آیا «واحد زمان» مجدد به چالش کشیده خواهد شد؟
آیا واقعا می‌دانید که طول یک ثانیه چقدر است؟ دانش واقعیِ پشت پرده‌ی سنجش زمان به شما اثبات خواهد کرد که اشتباه می‌کنید.

این سوال از آن پرسش‌هایی است که شما را مانند آلیس وارد سرزمین عجایب می‌کند: طول یک ثانیه واقعا چقدر است؟

خبر خوش اینکه ما در اینجا متخصص سرزمین عجایب هستیم و آن را مثل کف دست می شناسیم! جولیان هوگت امروز در دی نیوز نوشت که واحد زمان که ما آن را به نام ثانیه می شناسیم، در طول سال ها معنای متفاوتی به خود گرفته است.

قبل از هر چیز، اصل خبر چیست: گروهی از چند پژوهشگر بسیار وقت‌شناس اخیر روشی بهتر را برای ثبت زمان اعلام کردند که از ساعت های اوپتیکال در آن استفاده می‌شود. تکنیک جدید طول دقیق ثانیه – یا هر واحد زمانی دیگر – را به کمک تعداد نوسان‌های اتم‌های استرانسیوم اندازه گیری می‌کند.

بحث آن خیلی پیچیده و فنی است، اما خلاصه خبر این بود که روش جدید ساعت‌های اوپتیکال دقیق تر از ساعت‌های اتمی کنونی است. این دستاورد درست مانند اختراع سامانه های GPS با دقت سانتیمتری خود، می‌تواند تاثیرات شگرفی در دنیای واقعی بگذارد.

اما برای دنیای ثانیه به عنوان واحد زمان، اوضاع همچون گذشته بسیار جالب می‌شود. چنین به نظر می‌رسد که مفهوم ذاتی واژه ثانیه در طول تاریخ بارها دستخوش تغییر شده است.

۸۶۴۰۰ ثانیه در روز خورشیدی
به مدت ۱۰۰۰ سال، اولین واحد سنجش ما از زمان «روز خورشیدی» بود: یعنی مدت زمانی که خورشید به یک نقطه مورد نظر در آسمان برمی‌گردد. طول یک ثانیه صرفا به کمک روز خورشیدی و با معادلات ساده ریاضی حساب می‌شود: ۲۴ ساعت در طول یک روز، ۶۰ دقیقه برای هر ساعت و ۶۰ ثانیه برای هر دقیقه که بدین صورت ۸۶۴۰۰ ثانیه در یک روز خورشیدی وجود دارد.

استاندارد اتمی در سال ۱۹۶۷ میلادی و بر اساس اتم های سزیم پیاده شد

دهه ۵۰ میلادی
تعریف فوق به عنوان تعریف رسمی ثانیه تا دهه ۵۰ میلادی مطرح می‌شد. در آن سال‌ها، دانشمندان دست یافتند که چرخش زمین به اندازه کافی دقیق نیست که بتوان چنین حساب کرد. به همین دلیل آن‌ها به این نتیجه رسیدند که ثانیه ها را به عنوان مخرجی از یک «سال کامل» محاسبه کنند؛ یعنی مدت زمانی که زمین یک دور کامل به دور خورشید می‌زند.

مشکل اینجا است که طول هر سال می‌تواند متغیر از سال دیگر باشد. در سال ۱۹۶۰ و بر اساس حکم یازدهمین کنفرانس عمومی واحدهای اندازه گیری و وزن، ثانیه‌ها بر اساس یک سال مشخص محاسبه شوند: سال ۱۹۰۰٫ دلیلش نیز این بود که از آنجایی که طول سال ۱۹۰۰ دقیقا معادل ۳۶۵٫۲۴۲۱۹۸ روز بود، طول هر ثانیه برابر شد با ۱/۳۱,۵۵۶,۹۲۵٫۹۷۴۷ .

کاملا مشخص بود که یک جای این راه حل آن هم با تمام ظرافت کاری هایش می‌لنگید. به همین دلیل مسئولان وقت تصمیم گرفتند تا روی واحد زمان ریزتر شوند.

استاندارد اتمی
استاندارد اتمی در سال ۱۹۶۷ میلادی و بر اساس اتم های سزیم پیاده شد. این اتم ها در هر ثانیه ۹٫۱۹۲٫۶۳۱٫۷۷۰ مرتبه نوسان دارند که ممکن است به اندازه ۲۰ نوسان بالا و پایین شود. بنابراین اگر بخواهیم دقیق تر ثانیه را تعریف کنیم، عبارت است از مدت زمانی که طول می‌کشد اتم‌های سزیم ۹٫۱۹۲٫۶۳۱٫۷۷۰ مرتبه نوسان کنند.

اما تکنیک ساعت اپتیکال جدید که در ژورنال اوپتیکا منتشر شد، می‌کوشد تا مسائل را کمی بیشتر بسط دهد. البته احتمال عملی شدن آن در ۱۰ سال آینده پایین است که اگر بخواهیم این تفاوت را به ثانیه حساب کنیم، به عبارتی می‌کند به … بهتر است بی‌خیالش شویم!