De ce este timpul să redefinim ce reprezintă o secundă și ce mistere ale universului ne-ar ajuta să dezvăluim

• Secunda este unitatea de bază pentru măsurarea timpului în sistemul internațional de măsurare.
• Măsura fundamentală a timpului, de care depind majoritatea celorlalte mărimi din sistemul nostru de măsurare, a rămas neschimbată de peste 70 de ani.
• Cu toate acestea, progresele tehnologice indică faptul că este timpul să actualizăm definiția secundei, pentru a o face mai precisă.

Aveți un minut pentru a vorbi despre o secunda? Măsura fundamentală a timpului, de care depind majoritatea celorlalte mărimi din sistemul nostru de măsurare, a rămas neschimbată de peste 70 de ani.

Cu toate acestea, progresele tehnologice indică faptul că este timpul să actualizăm definiția secundei, pentru a o face mai precisă.

Acesta este punctul de vedere al cercetătorilor de la Biroul Internațional de Greutăți și Măsuri (BIPM) din Paris, Franța. Acest organism este însărcinat cu stabilirea standardelor pentru sistemele de unități de măsură din întreaga lume.

Metrologii BIPM, împreună cu experți din mai multe țări, se pregătesc să schimbe modul în care se măsoară o secundă. Este o operațiune destul de delicată, al cărei rezultat ar putea fi esențial pentru a schimba modul în care înțelegem universul.

Ce este o secundă?

Secunda este unitatea de bază pentru măsurarea timpului în sistemul internațional de măsurare.

De fapt, alte unități de bază, cum ar fi metrul (lungimea), kilogramul (masa), amperul (curentul) și kelvinul (temperatura) sunt definite în funcție de secundă. Astfel, de exemplu, BIPM definește metrul ca fiind „drumul parcurs de lumină în vid timp de 1/299,792,458 de secundă”.

Timp de milenii, omenirea a folosit astronomia pentru a-și defini unitățile de timp. Dar, începând din 1967, definiția celei de-a doua a fost extrasă din observarea atomilor.

Acest lucru se datorează faptului că atomii se comportă mai precis decât rotația Pământului, care nu este perfect uniformă. Oamenii de știință au observat că, de-a lungul a milioane de ani, Pământul s-a rotit mai încet, ceea ce a dus la prelungirea zilelor cu o medie de 1,8 milisecunde în fiecare secol.

De exemplu, în urmă cu 600 de milioane de ani, o zi avea doar 21 de ore. Și ca lucrurile să fie și mai grave, în 2020, mai multe studii au arătat că în ultimii 50 de ani planeta a început să se rotească mai repede.

Așadar, deși imperceptibilă, „secunda astronomică” nu este întotdeauna aceeași. Particulele atomice, pe de altă parte, se mișcă mai precis și mai previzibil.

Secunda atomică

Astfel, din 1967, a doua a început să fie definită pe baza oscilației particulelor de atomi de cesiu-133 atunci când sunt expuse la un tip special de microunde.

Dispozitivul responsabil pentru această măsurare este cunoscut sub numele de ceas atomic. Sub aceste microunde, atomii de cesiu-133 se comportă ca un pendul care se „balansează” în 9.192.631.770 de secunde.

La acea vreme, secunda luată ca referință pentru numărarea oscilațiilor se baza pe durata unei zile din 1957, care fusese determinată în funcție de comportamentul Pământului, al Lunii și al stelelor.

Astfel, BIPM a stabilit că măsurarea oficială a secundei va fi definită de numărul de oscilații ale particulelor de atomi de cesiu-133. Astfel, în cuvinte simple, astăzi secunda este definită ca fiind timpul necesar ca cesiul să oscileze de 9 192 631 770 de ori.

Noua secundă

Dar această definiție pare să aibă zilele numărate. Ceasurile atomice optice există de aproximativ un deceniu, având capacitatea de a observa „ticăitul” atomilor care oscilează mult mai repede decât cesiul.

Unele numără ticăitul de itterbiu, stronțiu, mercur sau aluminiu, de exemplu.

Este ca și cum ceasul atomic ar fi fost dotat cu o lupă care îi permite să detecteze mai multe oscilații și, astfel, să definească secunda cu mai multă precizie.

În plus, în prezent există zeci de astfel de ceasuri optice în diferite țări, astfel încât se speră, așa cum au arătat deja unele experimente, că măsurătorile pe care le fac acestea pot fi comparate între ele, ca o modalitate de verificare a rezultatelor.

BIPM intenționează să utilizeze ceasuri atomice optice pentru a măsura secunda, dar încă lucrează la criteriile pentru o astfel de măsurătoare.

Cel mai important lucru este să se verifice precizia pe care o promit ceasurile optice, a declarat pentru BBC Mundo Gèrard Petit, cercetător în cadrul echipei BIPM’s Time.

Până în prezent, cele mai bune comparații ale ceasurilor optice au fost făcute între ceasuri din același laborator. Provocarea, spune Petit, este de a compara mai multe ceasuri din diferite laboratoare. În plus, este necesar să se aleagă elementul din tabelul periodic al cărui atom va fi folosit ca referință pentru a înlocui cesiul.

În plus, ceasurile atomice optice sunt dispozitive extrem de complexe, multe dintre ele necesitând un întreg laborator pentru a funcționa.

Dacă totul decurge conform planului, criteriile vor începe să fie definite în iunie, iar noua secundă ar trebui să fie în vigoare din 2030, potrivit lui Petit.

Structura de măsurare a lumii depinde de secundă

„Pentru o vreme se poate trăi cu o definiție care nu este cea mai precisă, dar după un timp devine ininteligibilă”, spune Petit.

Practic, în viața de zi cu zi, s-ar putea să nu schimbe nimic, dar în știință ai nevoie de o definiție care să se bazeze pe cea mai bună măsurătoare posibilă. În plus, măsurarea ultra-precisă a timpului ne poate ajuta să înțelegem fenomene care până acum erau neînțelese.

NIST explică, de exemplu, că ceasurile optice au fost deja folosite pentru a măsura distorsiunea spațiului-timp descrisă de teoria relativității a lui Einstein.

Ceasurile optice sunt atât de precise încât pot arăta o diferență între două ceasuri care diferă în înălțime cu doar un centimetru.

Acest lucru se datorează faptului că, din cauza gravitației, timpul trece mai lent la nivelul mării decât la altitudini mari, cum ar fi Muntele Everest, de exemplu.

Aceste ceasuri ultraprecise ar putea fi folosite și pentru a detecta enigmatica materie întunecată, o componentă care reprezintă 25% din univers, dar despre care se știe foarte puțin.

Cu ajutorul acestei tehnologii, oamenii de știință ar putea detecta acest „ceva” care influențează materia obișnuită și spațiul-timp.

De asemenea, acestea ar putea oferi indicii despre undele gravitaționale primordiale, care sunt ecouri ale Big Bang-ului care distorsionează spațiul-timp, precum o piatră aruncată într-un lac.

Ceasurile atomice ar putea fi capabile să detecteze aceste deformări și să ne ofere mai multe indicii despre începutul universului nostru.