Druhý

Sekunda (ruské označení: s ; mezinárodní: s ; grafické: ″ ) je jednotka času , jedna ze základních jednotek Mezinárodní soustavy jednotek (SI) a soustavy ČGS . Navíc je to jednotka času a je jednou z hlavních jednotek v systémech ISS , MKSA , MKSK , MKSG , MKSL , MSK , MSS , MKGSS a MTS [1] .

Představuje časový interval rovný 9 192 631 770 periodám záření , což odpovídá přechodu mezi dvěma hyperjemnými energetickými hladinami základního stavu atomu cesia-133 , který je v klidu při 0 K. Přesný text současné definice druhé, schválené XIII. Generální konferencí pro váhy a míry (CGPM) v roce 1967, je následující [2] [3] :

Sekunda je doba rovnající se 9 192 631 770 periodám záření, které odpovídají přechodu mezi dvěma hyperjemnými úrovněmi základního stavu atomu cesia-133.

V roce 1997 Mezinárodní výbor pro váhy a míry (CIPM) objasnil, že tato definice se vztahuje na atom cesia v klidu při teplotě 0  K [2] .

Násobky a dílčí násobky

S měrnou jednotkou "sekunda" se zpravidla používají pouze předpony SI (kromě deci- a centi-). Pro měření velkých časových intervalů se používají jednotky minuta , hodina , den atd.

Násobky Dolnye
velikost titul označení velikost titul označení
10 1 s dekasekunda das das 10 −1 s decisekunda ds ds
10 2 s hektosekunda gs hs 10 −2 s centisekunda ss cs
10 3 s kilosekunda ks ks 10 −3 s milisekundy slečna slečna
10 6 s megasekunda SLEČNA slečna 10 −6 s mikrosekunda slečna µs
10 9 s gigasekunda Gs Gs 10 −9 s nanosekundy ns ns
10 12 s terasekunda Ts Ts 10 −12 s pikosekunda ps ps
10 15 s petasekunda Ps PS 10 −15 s femtosekunda fs fs
10 18 s exasekunda Es Es 10 −18 s attosekunda eso tak jako
10 21 s zettasekunda Zs Zs 10 −21 s zeptosekunda zs zs
10 24 s yottasekunda Je Ys 10 −24 s joktosekunda je ano
     doporučeno k použití      aplikace se nedoporučuje      v praxi nepoužívané nebo zřídka používané

Ekvivalence k jiným jednotkám času

1 sekunda se rovná:

Původ jména

Termín byl vypůjčen v 18. století z latiny, kde secunda , doslova „druhý“, je zkratkou výrazu pars minuta secunda  , „malá druhá část“ ( hodiny ), na rozdíl od pars minuta prima  , „malá první část“ (hodiny). Slovo druhý pochází z latinského sousloví secunda divisio [4] . To znamená druhé dělení hodiny (v šestkové soustavě čísel ).

Historie druhých definic

Před příchodem mechanických hodinek

Obyvatelé starověkého Egypta minimálně od roku 2000 př. n. l. rozdělili denní a noční polovinu dne na 12 hodin. E. Vzhledem k různému trvání nočních a denních období v různých ročních obdobích byla doba trvání egyptské hodiny proměnnou hodnotou. Řečtí astronomové z helénistického Řecka, Hipparchos a Ptolemaios , rozdělili den na základě šestinásobného číselného systému a také použili průměrnou hodinu ( 1⁄24 dní ) , jednoduché zlomky hodiny ( 1⁄4 , 2⁄3 atd . ) a časové stupně ( 1 ⁄ 360 dnů nebo 4 moderní minuty), ale ne moderní minuty nebo sekundy [5] .

V Babylonii po roce 300 př.n.l. E. den byl rozdělen sexagesimálně, tedy 60, výsledný segment byl dělen dalšími 60, pak znovu 60 a tak dále, až do minimálně šesti číslic za oddělovačem sexagesima (což dávalo přesnost více než dvě moderní mikrosekundy). Například délka jejich roku používala 6místné zlomkové číslo délky jednoho dne, ačkoli nebyli schopni fyzicky změřit tak malý interval. Dalším příkladem je trvání synodického měsíce , který určili , což bylo 29; 31.50.8.20 dnů (čtyři desetinné šestileté číslice), které opakovali Hipparchos a Ptolemaios a což je nyní délka průměrného synodického měsíce v židovském kalendáři . ačkoli počítáno jako 29 dní 12 hodin a 793 heleků (kde 1080 heleků tvoří 1 hodinu) [6] . Babyloňané nepoužívali jednotku času „hodinu“, místo toho používali dvojitou hodinu 120 moderních minut, stejně jako časový stupeň 4 minuty a „třetí část“ 3 1 ⁄ 3 moderních sekund ( helek v moderní židovský kalendář) [7] .ale tyto menší jednotky již nerozdělovaly. Žádná ze sexagesimálních částí dne nebyla nikdy použita jako nezávislá jednotka času.

V roce 1000 určil perský učenec Al-Biruni časy úplňků pro konkrétní týdny z hlediska počtu dnů, hodin, minut, sekund, třetin a čtvrtí, počítaje od nedělního poledne [8] . V roce 1267 stanovil anglický filozof a přírodovědec Roger Bacon časové intervaly mezi úplňky v počtu hodin, minut, sekund, třetin a čtvrtí ( horae , minuta , secunda , tertia , quarta ) po poledni určitých dnů [9] . Třetí  - "třetí", ve významu "třetí dílek hodiny", - existuje pro označení 1 ⁄ 60 sekund a nyní v některých jazycích, jako je polština. tercja a prohlídka. salise , tato jednotka je však málo používaná a malé časové úseky jsou vyjádřeny v desetinných sekundách (tisíciny, miliontiny atd.).

Vteřiny v době mechanických hodinek

Prvním známým příkladem jarních hodinek se vteřinovou ručičkou jsou neznámé hodinky s vyobrazením Orfea ze sbírky Fremersdorf, datované mezi lety 1560 a 1570 [ 10] :417–418 [11] . Ve 3. čtvrtině 16. století vytvořil osmanský encyklopedista Takiyuddin ash-Shami hodiny se značkami každou 1/5 minuty [12] . V roce 1579 navrhl švýcarský hodinář a výrobce nástrojů Jost Bürgi hodiny pro Landgrave Wilhelma IV . , které ukazovaly vteřiny [10] :105 .

V roce 1581 dánský vědec Tycho Brahe předělal ve své observatoři hodiny, které ukazovaly minuty, tak, aby ukazovaly i vteřiny. Mechanismus však dosud nebyl dostatečně vyvinut, aby mohl měřit sekundy s přijatelnou přesností. V roce 1587 Tycho Brahe projevil zlost, že se hodnoty jeho čtyř hodin od sebe lišily o ±4 sekundy [10] :104 .

Měření sekund s dostatečnou přesností se stalo možným s vynálezem mechanických hodin , které umožňovaly udržovat „střední čas“ (na rozdíl od „relativního času“ zobrazeného slunečními hodinami). V roce 1644 francouzský matematik Marin Mersenne vypočítal, že kyvadlo dlouhé 39,1 palce (0,994 m) bude mít periodu oscilace při gravitaci přesně 2 sekundy – 1 sekundu pro pohyb vpřed a 1 sekundu pro pohyb zpět – což vám umožní počítat takto přesné sekundy.

V roce 1670 londýnský hodinář William Clement přidal takové druhé kyvadlo k původním kyvadlovým hodinám Christiana Huygense [13] . V letech 1670 až 1680 Klement svůj mechanismus několikrát zdokonalil a poté veřejnosti představil skříň s hodinami , kterou vyrobil . Tyto hodinky používaly kotvový únikový mechanismus se sekundovým kyvadlem ukazujícím sekundy na malém subčíselníku. Tento mechanismus, kvůli menšímu tření, vyžadoval méně energie než dříve používaný pin escapement design a byl dostatečně přesný, aby změřil sekundy jako 1 ⁄ 60 minut. Výroba takových hodinek byla několik let zvládnuta anglickými hodináři a poté se rozšířila do dalších zemí. Od této chvíle bylo možné měřit sekundy s náležitou přesností.

Moderní měření

Jako časová jednotka se sekunda (ve smyslu, že hodina se dělí dvakrát 60, poprvé dostanete minuty, podruhé ( sekunda ) - sekundy) vstoupila do angličtiny na konci 17. století, asi sto let předtím, než byla změřena s dostatečnou přesností. Latinští učenci a průzkumníci jako Roger Bacon , Tycho Brahe a Johannes Kepler používají latinský termín secunda se stejným významem již od 13. století.

V roce 1832 německý matematik Carl Friedrich Gauss navrhl použití sekundy jako základní jednotky času ve svém systému jednotek , který používá milimetr a miligram spolu s sekundou. Britská vědecká asociace ( anglicky  British Science Association ) v roce 1862 rozhodla, že „Všichni vědci souhlasili s používáním sekundy středního slunečního času jako jednotky času“ ( anglicky.  Všichni vědci se shodli na používání sekundy středního slunečního času jako jednotka času [14] ). Sdružení vyvinulo v roce 1874 systém jednotek ČGS (centimetr-gram-sekunda) , který byl během následujících sedmdesáti let postupně nahrazen systémem MKS (metr-kilogram-sekunda). Oba tyto systémy používaly stejnou sekundu jako jejich základní jednotka. Systém ISS vstoupil do mezinárodního použití ve 40. letech 20. století a sekundu definoval jako 1/86400 průměrného slunečního dne .

V roce 1956 byla definice druhého opravena a svázána s pojmem „rok“ (období revoluce Země kolem Slunce), zaujatého určitou epochou , protože v té době se ukázalo, že období rotace Země kolem své osy ( hvězdný den ) nelze použít jako poměrně přesnou hodnotu, protože rotace Země je zpomalována slapovými silami a také podléhá chaotickým oscilacím. Pohyb Země byl popsán v Newcombových tabulkách Slunce (  1895), které nabízely vzorec pro odhad pohybu Slunce pro 00. léta 20. století, založený na astronomických pozorováních provedených mezi lety 1750 a 1892 [15] .

Druhý v té době tedy obdržel následující definici:

" 1/31 556 925,9747 tropického roku pro 1900 leden 0 ve 12 hodin efemeridního času " [
15 ] 

Tuto definici přijala XI CGPM v roce 1960 [16] , na téže konferenci byl schválen Mezinárodní systém jednotek (SI) jako celek.

" Tropický rok " v definici z roku 1960 nebyl měřen, ale byl vypočítán ze vzorce popisujícího střední tropický rok, který se v průběhu času lineárně zvyšuje. To odpovídalo časové stupnici efemerid přijaté Mezinárodní astronomickou unií v roce 1952 [17] . Tato definice uvedla pozorované uspořádání nebeských těles do souladu s Newtonovou teorií gravitace o jejich pohybu. V praxi se téměř po celé dvacáté století používaly tabulky Newcomb (od roku 1900 do roku 1983) a tabulky Ernesta Williama Browna (od roku 1923 do roku 1983) [15] .

V roce 1960 tak definice SI zrušila jakýkoli explicitní vztah mezi sekundou, jak je vědecky chápána, a délkou dne, jak ji chápe většina lidí. S vynálezem atomových hodin na počátku 60. let 20. století bylo rozhodnuto použít jako základ pro určení sekundy mezinárodní atomový čas namísto rotace Země kolem Slunce. Základním principem kvantové mechaniky  je nerozlišitelnost částic . Bez zohlednění vnějších vlivů jsou tedy struktura a vlastnosti všech atomů daného izotopu zcela totožné. Jde tedy o ideální mechanismy, které jsou na přání výzkumníka reprodukovány s přesností omezenou pouze mírou vlivu vnějších vlivů. Proto vývoj hodin - časoměřičů vedl k tomu, že přesnost časové stupnice realizovaná atomovými hodinami překračovala přesnost astronomické definice, což také trpělo nemožností přesné reprodukovatelnosti druhého standardu. Proto bylo rozhodnuto přejít k určování trvání sekundy atomovými hodinami, přičemž jako základ se bral jakýsi přechod mezi energetickými hladinami v atomech, který je slabě ovlivněn vnějšími vlivy. Po diskusi bylo rozhodnuto vzít atomy cesia, které mají navíc tu výhodu, že přírodní cesium má pouze jeden stabilní izotop, a prezentovat novou definici druhého tak, aby co nejvíce odpovídala použitému druhému efemeridu.

Po několika letech práce Lewis Essen z Národní fyzikální laboratoře Velké Británie ( Teddington ( anglicky  Teddington ), Anglie) a William Markowitz ( anglicky  William Markowitz ) z US Naval Observatory určili spojení přechodu mezi dvěma hyperjemnými úrovněmi základní stav atomu cesia -133 s efemeridovou druhou [15] [18] . Metodou založenou na příjmu signálů z radiostanice WWV ( radio station) [ 19] určili orbitální pohyb Měsíce kolem Země, ze kterého se dal určit pohyb Země kolem Slunce z hlediska času měřeného atomovou hodiny. Zjistili, že sekunda efemeridového času má trvání 9 192 631 770 ± 20 period emisí cesia [18] . V důsledku toho v roce 1967 XIII CGPM definovala atomovou sekundu jako:  

Sekunda je doba rovnající se 9 192 631 770 periodám záření, které odpovídají přechodu mezi dvěma hyperjemnými úrovněmi základního stavu atomu cesia-133. [patnáct]

Tato sekunda, která se vztahuje k atomovému času, byla později zkontrolována na shodu se sekundou efemeridního času, určenou měsíčním pozorováním, a shodovala se s ní v rozmezí 1 ku 10 10 [20] . Navzdory tomu byla takto definovaná druhá již o něco kratší než druhá podle definice předchozí, určené středním slunečním časem [21] [22] .

Během 70. let bylo zjištěno, že gravitační dilatace času ovlivňuje sekundy počítané atomovými hodinami v závislosti na jejich nadmořské výšce nad zemským povrchem. Univerzální sekunda byla získána úpravou hodnot jednotlivých atomových hodin na střední hladinu moře , čímž se sekunda prodloužila asi o 1⋅10 −10 . Tato úprava byla provedena v roce 1977 a legalizována v roce 1980 . Z hlediska teorie relativity je sekunda mezinárodního atomového času definována jako správný čas na rotujícím geoidu [23] .

Později, v roce 1997, na zasedání Mezinárodního výboru pro váhy a míry, byla definice druhého objasněna s přidáním následující definice [2] :

Tato definice se týká atomu cesia v klidu při teplotě
0 K. 

Revidované tvrzení implikuje, že ideální atomové hodiny obsahují jeden atom cesia v klidu a vyzařují vlnu konstantní frekvence. V praxi však tato definice znamená, že vysoce přesná měření sekundy musí být upřesněna, aby vzala v úvahu vnější teplotu ( záření černého tělesa ), ve které atomové hodiny fungují, a extrapolována na hodnotu sekundy v absolutní nule .

Změny v definicích základních jednotek SI v letech 2018–2019 se druhé z věcného hlediska nedotkly, nicméně ze stylistických důvodů byla přijata formálně nová definice [24] :

Druhý, symbol s, je jednotka času Sie; jeho hodnota je stanovena fixací číselné hodnoty frekvence hyperjemného štěpení základního stavu atomu cesia-133 na přesně 9 192 631 770, když je vyjádřena v jednotce SI Hz , což je ekvivalent c −1 .

Viz také

Poznámky

  1. ↑ Dengub V. M. , Smirnov V. G. . Jednotky množství. Odkaz na slovník. - M . : Nakladatelství norem, 1990. - S. 103. - 240 s. — ISBN 5-7050-0118-5 .
  2. ↑ 1 2 3 Jednotka času (sekunda  ) . Brožura SI: Mezinárodní soustava jednotek (SI) . BIPM . Získáno 9. října 2015. Archivováno z originálu 13. června 2018.
  3. ↑ Předpisy o jednotkách množství povolených pro použití v Ruské federaci (nedostupný odkaz) . Federální informační nadace pro zajištění jednotnosti měření . Rosstandart . Staženo 28. 2. 2018. Archivováno z originálu 18. 9. 2017. 
  4. ↑ Druhá // Fyzická encyklopedie / Kap. vyd. A. M. Prochorov . - M . : Velká ruská encyklopedie , 1994. - T. 4. - S. 484. - 704 s. - 40 000 výtisků.  - ISBN 5-85270-087-8 .
  5. ↑ Toomer, GJPtolemaiův Almagest  (neopr.) . - Princeton, New Jersey: Princeton University Press , 1998. - s. 6-7, 23, 211-216. - ISBN 978-0-691-00260-6 .
  6. ↑ O Neugebauere . Historie starověké matematické astronomie  (anglicky) . - Springer-Verlag , 1975. - ISBN 0-387-06995-X . Archivováno 20. května 2017 na Wayback Machine
  7. ↑ O Neugebauere . Astronomie Maimonides a její zdroje   // Hebrew Union College Annual : deník. - 1949. - Sv. 22 . — S. 325 .
  8. ↑ al-Biruni Chronologie starověkých národů: anglická verze arabského textu Athar-ul-Bakiya z Albiruni, neboli „Vestiges of the Past“  (anglicky) . - 1879. - S. 147-149. Archivováno16. září 2019 naWayback Machine
  9. ↑ R Slanina. Opus Majus Rogera Bacona  (neopr.) . - University of Pennsylvania Press , 2000. - C. tabulka proti straně 231. - ISBN 978-1-85506-856-8 .
  10. ↑ 1 2 3 Landes, David S. Revolution in Time  (nespecifikováno) . - Cambridge, Massachusetts: Harvard University Press , 1983. - ISBN 0-674-76802-7 .
  11. ↑ Willsberger, Johann. Hodiny a hodinky  (neopr.) . New York: Dial Press, 1975. - ISBN 0-8037-4475-7 . celostránková barevná fotografie: 4. titulní strana, 3. fotografie poté (stránky ani fotografie nejsou číslovány).
  12. ↑ Taqi al-Din . Získáno 3. října 2017. Archivováno z originálu dne 20. listopadu 2016.
  13. ↑ Jessica Chappell. The Long Case Clock: The Science and Engineering that Goes In a Grandfather Clock  //  Illumin : journal. - 2001. - 1. října ( roč. 1 , č. 0 ). — P. 1 . Archivováno z originálu 28. září 2018.
  14. ↑ Zprávy výboru pro elektrické normy 90. British Association for the Advancement of Science (1873). Získáno 3. října 2017. Archivováno z originálu dne 20. listopadu 2016.
  15. ↑ 1 2 3 4 5 Přestupné sekundy . Oddělení časové služby, Námořní observatoř Spojených států . Datum přístupu: 31. prosince 2006. Archivováno z originálu 27. května 2012.
  16. ↑ Rezoluce 9 XI General Conference on Weights and Measures (1960) Archivováno 26. června 2013 na Wayback Machine  
  17. ↑ Vysvětlující příloha Astronomické efemeridy a Americké efemeridy a námořní almanach (připravené společně Úřady námořních almanachů Spojeného království a Spojených států amerických, HMSO, Londýn, 1961), v odd. 1C, s. 9), uvádějící, že na konferenci „v březnu 1950 k diskusi o základních konstantách astronomie... doporučení s nejdalekosáhlejšími důsledky byla ta, která definovala efemeridní čas a uvedla měsíční efemeridy do souladu s sluneční efemeridy z hlediska efemeridního času. Tato doporučení byla adresována Mezinárodní astronomické unii a byla formálně přijata Komisí 4 a Valným shromážděním Unie v Římě v září 1952.
  18. ↑ 1 2 W Markowitz, RG Hall, L Essen, JVL Parry. Frekvence cesia z hlediska efemeridního času  (neurčitá)  // Physical Review Letters . - 1958. - T. 1 , č. 3 . - S. 105-107 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.1.105 . - . Archivováno z originálu 19. října 2008.
  19. ↑ S Leschiutta. Definice 'atomové' sekundy  (neopr.)  // Metrologia . - 2005. - T. 42 , č. 3 . - S. S10-S19 . - doi : 10.1088/0026-1394/42/3/S03 . — .
  20. ↑ W Markowitz (1988). A. K. Babcock, G. A. Wilkins, ed. Rotační a referenční rámce Země pro geodézii a geofyziku . IAU Sumposia #128. str. 413-418. Bibcode : 1988IAUS..128..413M .
  21. ↑ DD McCarthy, C Hackman, R Nelson. Fyzikální základ skokové vteřiny  //  The Astronomical Journal . - IOP Publishing , 2008. - Sv. 136 , č. 5 . - S. 1906-1908 . - doi : 10.1088/0004-6256/136/5/1906 . — .
  22. ↑ Koncem 50. let 20. století se cesiový standard používal k měření jak současné střední délky sekundy středního slunečního času (UT2) ( 9 192 631 830 cyklů ), tak i sekundy efemeridního času ( 9 192 631 770 ± 20 cyklů ), viz L Essen. Time Scale  (neopr.)  // Metrologia . - 1968. - V. 4 , č. 4 . - S. 161-165 . - doi : 10.1088/0026-1394/4/4/003 . - . Archivováno z originálu 14. prosince 2017. . Jak je uvedeno na straně 162, pro sekundu SI bylo zvoleno číslo 9 192 631 770 . L Essen ve stejném článku z roku 1968 uvedl, že tato hodnota „se zdála rozumná s ohledem na změny v UT2“.
  23. ↑ Viz strana 515 v R.A. Nelson; McCarthy, D.D.; Malys, S; Levine, J; Guinot, B; Fliegel, H.F.; Beard, R. L.; Bartholomew, TR. a kol. Druhý skok: jeho historie a možná budoucnost  (neopr.)  // Metrologia . - 2000. - T. 38 , č. 6 . - S. 509-529 . - doi : 10.1088/0026-1394/38/6/6 . - . Archivováno z originálu 12. srpna 2014.
  24. ↑ Základní jednotky SI (downlink) . BIPM . Staženo 22. června 2019. Archivováno z originálu 23. prosince 2018. 

Literatura

Odkazy

  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie
V bibliografických katalozích
 jednotky SI
Základní jednotky
Odvozené jednotky
se zvláštními názvy
Přijato pro
použití s ​​SI
viz také