Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с Megasecond )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эта статья посвящена единицам измерения времени. Для использования в других целях, см Второй (значения) .

второй
Часы-маятник.gif
Маятниковый спуск часов, отсчитывающий каждую секунду
Основная информация
Система единицБазовая единица СИ
ЕдиницаВремя
Символs

Второй (символ: s , аббревиатура: сек ) является базовым блоком по времени в Международной системе единиц (SI) ( французский : Système Международного d'Объединяет ), обычно понимаются и исторически определяются как 1 / 86400 от в день - это коэффициент, полученный из деления дня сначала на 24 часа , затем на 60 минут и, наконец, на 60 секунд каждый. Аналоговые часы и часычасто имеют шестьдесят делений на лицах, представляющих секунды (и минуты), и «секундную стрелку», чтобы отмечать течение времени в секундах. Цифровые часы и часы часто имеют двузначный счетчик секунд. Вторая также является частью нескольких других единиц измерения, таких как метры в секунду для скорости , метры в секунду в секунду для ускорения и циклы в секунду для частоты .

Хотя историческое определение единицы было основано на этом делении цикла вращения Земли, формальное определение в Международной системе единиц ( СИ ) является гораздо более устойчивым хронометристом:

Второй определяется как равна длительности времени 9 192 631 770 периодов излучения , соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями фундаментального невозмущенного основного состояния на цезий-133 атома. [1] [2]

Поскольку вращение Земли меняется и к тому же немного замедляется, к времени [nb 1] периодически добавляется дополнительная секунда, чтобы часы синхронизировались с вращением Земли.

Кратные секунды обычно считаются часами и минутами. Доли секунды обычно считаются десятыми или сотыми. В научной работе малые доли секунды считаются в миллисекундах (тысячных), микросекундах (миллионных), наносекундах (миллиардных), а иногда и в меньших единицах секунды. Ежедневный опыт работы с малыми долями секунды - это микропроцессор с частотой 1 гигагерц, время цикла которого составляет 1 наносекунду. Камера выдержки затвора часто выражаются в долях секунды, например, 1 / 30 секунды или 1 / 1000 секунды.

Шестидесятеричное деление дня по календарю, основанному на астрономических наблюдениях, существовало с третьего тысячелетия до нашей эры, хотя это не были секунды, как мы их знаем сегодня. [ необходима цитата ] Маленькие деления времени тогда не могли быть измерены, поэтому такие деления были выведены математически. Первыми хронометрами, которые могли точно считать секунды, были маятниковые часы, изобретенные в 17 веке. Начиная с 1950-х годов, атомные часы стали более эффективными хронометрами, чем вращение Земли, и продолжают оставаться эталоном сегодня.

Часы и солнечное время [ править ]

Механические часы, не зависящие от измерения относительного вращательного положения Земли, поддерживают единообразное время, называемое средним временем , в пределах присущей им точности. Это означает, что каждая секунда, минута и любое другое деление времени, отсчитываемое часами, будет той же продолжительности, что и любое другое идентичное деление времени. Но солнечные часы, которые измеряют относительное положение солнца на небе, называются видимым временем., не держит единого времени. Время, которое показывают солнечные часы, меняется в зависимости от времени года, а это означает, что секунды, минуты и любое другое деление времени имеют разную продолжительность в разное время года. Время суток, измеренное с помощью среднего времени по сравнению с кажущимся временем, может отличаться на целых 15 минут, но один день будет отличаться от следующего лишь на небольшую величину; 15 минут - это совокупная разница за часть года. Эффект обусловлен главным образом наклоном оси Земли по отношению к ее орбите вокруг Солнца.

Разница между видимым солнечным временем и средним временем была признана астрономами с древних времен, но до изобретения точных механических часов в середине 17 века солнечные часы были единственными надежными часами, а видимое солнечное время было единственным общепринятым стандартом.

События и единицы времени в секундах [ править ]

Доли секунды обычно обозначаются в десятичной системе счисления, например 2,01 секунды или две сотые секунды. Кратные секунды обычно выражаются в минутах и ​​секундах или часах, минутах и ​​секундах часового времени, разделенных двоеточиями, например 11:23:24 или 45:23 (последнее обозначение может вызвать двусмысленность, потому что одно и то же обозначение используется для обозначения часов и минут). Редко имеет смысл выражать более длительные периоды времени, такие как часы или дни, в секундах, потому что это слишком большие числа. Для метрической единицы секунды есть десятичные префиксы, представляющие от 10 −24 до 10 24 секунд.

Некоторые общепринятые единицы времени в секундах: минута - 60 секунд; час равен 3600 секундам; день 86 400 секунд; неделя 604800 секунд; год (кроме високосных ) составляет 31 536 000 секунд; а век (по григорианскому календарю) в среднем составляет 3 155 695 200 секунд; со всем вышеперечисленным, за исключением возможных дополнительных секунд .

Вот некоторые общие события в секундах: камень падает примерно на 4,9 метра после остановки за одну секунду; маятник длиной около метра имеет качание в одну секунду, поэтому у маятниковых часов есть маятники длиной около метра; самые быстрые человеческие спринтеры бегут на 10 метров за секунду; океанская волна в глубокой воде преодолевает около 23 метров за одну секунду; звук проходит в воздухе около 343 метров за одну секунду; свету требуется 1,3 секунды, чтобы достичь Земли от поверхности Луны на расстояние 384 400 километров.

Другие единицы, включающие секунды [ править ]

Секунда является частью других единиц измерения, таких как частота, измеряемая в герцах (обратные секунды или секунда -1.), скорость (метры в секунду) и ускорение (метры в секунду в квадрате). Единица метрической системы беккерель, мера радиоактивного распада, измеряется в обратных секундах. Счетчик определяется скоростью света и секундами; определения метрических основных единиц килограмма, ампера, кельвина и канделы также зависят от секунды. Единственная базовая единица, определение которой не зависит от второй, - это моль. Из 22 названных производных единиц СИ только две (радиан и стерадиан) не зависят от второй. Многие производные единицы для повседневных вещей выражаются в более крупных единицах времени, а не в секундах, например, время в часах и минутах, скорость автомобиля в километрах в час или миль в час, киловатт-часы потребления электроэнергии и скорость поворотный стол со скоростью вращения в минуту.

Стандарты хронометража [ править ]

Набор атомных часов по всему миру отслеживает время на основе консенсуса: часы «голосуют» за правильное время, и все часы для голосования управляются, чтобы согласиться с консенсусом, который называется международным атомным временем (TAI). TAI «тикает» атомными секундами. [3]

Гражданское время определяется так, чтобы соответствовать вращению Земли. Международный стандарт хронометража - всемирное координированное время (UTC). Эта шкала времени «отсчитывает» те же атомные секунды, что и TAI, но добавляет или опускает дополнительные секунды по мере необходимости для корректировки изменений скорости вращения Земли. [4]

Шкала времени, в которой секунды не совсем равны атомным секундам, - это UT1, форма всемирного времени . UT1 определяется вращением Земли относительно Солнца и не содержит дополнительных секунд. [5] UT1 всегда отличается от UTC менее чем на секунду.

Часы на оптической решетке [ править ]

Основная статья: Атомные часы § Оптические часы

Хотя они еще не являются частью какого-либо стандарта хронометража, часы на оптической решетке с частотами в спектре видимого света теперь существуют и являются наиболее точными измерителями времени из всех. Стронций часы с частотой 430  ТГц , в красном диапазоне видимого света, теперь держит рекорд точности: он будет получить или потерять меньше , чем за одну секунду в 15 миллиардов лет, что больше , чем оценочное возраст Вселенной. Такие часы могут измерять изменение его высоты всего на 2 см по изменению его скорости из-за гравитационного замедления времени . [6]

История определения [ править ]

См. Также: История хронометража

Когда-либо существовало только три определения секунды: как часть дня, как часть экстраполированного года и как микроволновая частота атомных часов цезия , и они реализовали шестидесятеричное деление дня из древних астрономических данных. календари.

Шестидесятеричное деление календарного времени и дня [ править ]

Цивилизации классического периода и ранее создавали подразделения календаря, а также дуги, использующие шестидесятеричную систему счета, поэтому в то время секунда была шестидесятеричным делением дня (древняя секунда  = день/60 × 60), а не часа, как современная секунда (= час/60 × 60). Солнечные часы и водяные часы были одними из первых устройств для измерения времени, и единицы времени измерялись в градусах дуги. Также использовались концептуальные единицы времени, меньшие, чем те, которые можно увидеть на солнечных часах.

Упоминания о «секунде» как о части лунного месяца упоминаются в трудах естествоиспытателей средневековья, которые представляли собой математические подразделения, которые нельзя было измерить механически. [nb 2] [nb 3]

Доля солнечных суток [ править ]

Самые ранние механические часы, появившиеся в 14 веке, имели дисплеи, которые делили час на половины, трети, четверти, а иногда даже на 12 частей, но никогда не на 60. Фактически, час обычно не делился на 60 минут, так как это не было однородный по продолжительности. Для хронометристов было непрактично считать минуты до тех пор, пока первые механические часы, показывающие минуты, не появились ближе к концу 16 века. Механические часы отсчитывали среднее время в отличие от видимого времени, отображаемого солнечными часами . К тому времени в Европе прочно укоренилось шестидесятеричное деление времени. [№ 4]

Первые часы, показывающие секунды, появились во второй половине 16 века. Второй стал точно измеримым с развитием механических часов. Самыми ранними часами с пружинным приводом и секундной стрелкой, обозначающей секунды, являются часы без подписи с изображением Орфея из коллекции Фремерсдорфа, датированные периодом между 1560 и 1570 годами. [9] : 417–418 [10] В 3-й четверти 16-го века Taqi ад-Дин построил часы с отметками каждые 1/5 минуты. [11] В 1579 году Йост Бюрги построил для Вильгельма Гессенского часы, которые отмечали секунды. [9] : 105 В 1581 году Тихо Брагепереработал часы, которые показывали только минуты в его обсерватории, чтобы они также отображали секунды, хотя эти секунды не были точными. В 1587 году Тихо жаловался, что его четыре часа разошлись на плюс-минус четыре секунды. [9] : 104

В 1656 году голландский ученый Христиан Гюйгенс изобрел первые маятниковые часы. У него был маятник длиной чуть меньше метра, что давало ему время поворота в одну секунду, и спусковой механизм, который тикал каждую секунду. Это были первые часы, которые могли точно отсчитывать время в секундах. К 1730-м годам, 80 лет спустя, морские хронометры Джона Харрисона могли показывать время с точностью до одной секунды за 100 дней.

В 1832 году Гаусс предложил использовать секунду в качестве базовой единицы времени в своей системе единиц миллиметр-миллиграмм-секунда . Британская ассоциация содействия развитию науки (БААС) в 1862 году заявила , что «все люди науки соглашаются использовать второй из среднего солнечного времени в качестве единицы времени.» [12] BAAS официально предложила систему CGS в 1874 году, хотя в течение следующих 70 лет эта система была постепенно заменена блоками MKS . Обе системы CGS и MKS использовали одну и ту же секунду в качестве базовой единицы времени. MKS был принят на международном уровне в 1940-х годах, определяя второй как 1 ⁄ 86 400 среднего солнечного дня.

Доля эфемеридного года [ править ]

Смотрите также: Эфемеридное время

Некоторое время в конце 1940-х годов часы кварцевого генератора с рабочей частотой ~ 100 кГц были усовершенствованы, чтобы поддерживать время с точностью лучше, чем 1 часть из 10 8 в течение рабочего периода в течение дня. Стало очевидно, что консенсус таких часов показывает лучшее время, чем вращение Земли. Метрологи также знали, что орбита Земли вокруг Солнца (год) была намного более стабильной, чем вращение Земли. Это привело к предложениям еще в 1950 году определить вторую как долю года.

Движение Земли было описано в Таблицах Солнца Ньюкома (1895 г.), которые предоставили формулу для оценки движения Солнца относительно эпохи 1900 г., основанную на астрономических наблюдениях, проведенных между 1750 и 1892 гг. [13] Это привело к принятию формулы Временная шкала эфемерид, выраженная в единицах сидерического года в ту эпоху МАС в 1952 году. [14] Эта экстраполированная шкала времени приводит наблюдаемые положения небесных тел в соответствие с ньютоновскими динамическими теориями их движения. [13] В 1955-м тропическом году, который считается более фундаментальным, чем звездный год, был выбран МАС в качестве единицы времени. Тропический год в определении не измерялся, а рассчитывался по формуле, описывающей средний тропический год, который линейно уменьшался со временем.

В 1956 году второе определение было пересмотрено в год по отношению к той эпохе . Второй, таким образом, был определен как «доля 1 ⁄ 31 556 925,9747 тропического года на 0 января 1900 года по 12-часовому эфемеридному времени». [13] Это определение было принято как часть Международной системы единиц в 1960 году. [15]

"Атомная" секунда [ править ]

Но даже лучшие механические, электромоторизованные и кварцевые часы отличаются от условий окружающей среды. Для хронометража гораздо лучше естественная и точная «вибрация» заряженного атома. Частота вибрации (т. Е. Излучения) очень специфична в зависимости от типа атома и от того, как он возбужден. [16] С 1967 года второй определялся как точно «длительность 9 192 631 770 периодов излучения, соответствующая переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133 » (при температуре 0 K). Эта длина секунды была выбрана, чтобы точно соответствовать длине эфемеридной секунды, определенной ранее. Атомные часы используют такую ​​частоту для измерения секунд путем подсчета циклов в секунду на этой частоте. Подобное излучение - одно из самых устойчивых и воспроизводимых явлений природы. Нынешнее поколение атомных часов работает с точностью до одной секунды за несколько сотен миллионов лет.

Атомные часы теперь устанавливают продолжительность секунды и мировой стандарт времени . [17]

Кратные SI [ править ]

Основная статья: Метрическое время

Префиксы SI обычно используются для значений времени короче одной секунды, но редко для значений, кратных секунде. Вместо этого некоторые единицы , не относящиеся к системе СИ, разрешены для использования в системе СИ : минуты , часы , дни и в астрономии юлианские годы . [18]

Множители СИ для секунды (с)
ПодмножественныеМножественные
ЗначениеСимвол SIИмяЗначениеСимвол SIИмяЧеловек читаемый
10 −1 сdsдецисекунда10 1 сdasдекасекунда10 секунд
10 −2 сcsсантисекунда10 2 сhsгектосекунда1 минута 40 секунд
10 −3 сРСмиллисекунда10 3 скскилосекунда16 минут 40 секунд
10 −6 смксмикросекунда10 6 сРСмегасекунда11.6 дней
10 −9 снснаносекунда10 9 сGsгигасекунда31,7 года
10 −12 спспикосекунда10 12 сЦтерасекунда31,700 лет
10 −15 сфсфемтосекунда10 15 сPsпетасекунда31,7 миллиона лет
10 −18 св видеаттосекунда10 18 сEsExasecond31,7 миллиарда лет
10 −21 сzsзептосекунда10 21 сZsзеттасекунда31,7 триллиона лет
10 −24 сysйоктосекунда10 24 сYsйоттасекунда31,7 квадриллион лет

См. Также [ править ]

  • Порядки величины (время)
  • Маятник секунд
  • Стандарт времени

Заметки [ править ]

  1. ^ Время на часах (то есть гражданское время ) прямо или косвенно установлено на всемирное координированное время , которое включает дополнительные секунды. В научных и технических областях используются другие шкалы времени, которые не содержат дополнительных секунд.
  2. ^ В 1000 г. персидский ученый аль-Бируни , писавший по-арабски, использовал термин « секунда» и определил разделение времени между новолуниями определенных конкретных недель как количество дней, часов, минут, секунд, третей и четвертых после полдень в воскресенье. [7]
  3. ^ В 1267, средневековый английский ученый Роджер Бэкон , писать на латыни, определил разделение времени между полнолуний как количество часов, минут, секунд, трети и четверти ( Оры , Минута , Секунда , Терция и Кварта ) послеполдень в указанные календарные даты. [8]
  4. ^ Можно отметить, что 60 - наименьшее число, кратное первым 6 счетным числам. Таким образом, часы с 60 делениями будут иметь отметку для третей, четвертых, пятых, шестых и двенадцатых (часов); в каких бы единицах часы ни отсчитывали время, были бы отметки.

Ссылки [ править ]

  1. ^ "SI Brochure (2019)" (PDF) . Брошюра SI . BIPM . п. 130. Архивировано (PDF) из оригинала 23 мая 2019 года . Проверено 23 мая 2019 года .
  2. ^ Второй . Словарь учащихся Мерриам Вебстер. Архивировано 25 марта 2013 года . Проверено 24 марта 2012 года .
  3. ^ Маккарти, Деннис Д .; Зайдельманн, П. Кеннет (2009). Время: от вращения Земли к атомной физике . Вайнхайм: Вайли. С. 207–218.
  4. ^ Маккарти, Деннис Д .; Зайдельманн, П. Кеннет (2009). Время: от вращения Земли к атомной физике . Вайнхайм: Вайли. С. 16–17, 207.
  5. ^ Маккарти, Деннис Д .; Зайдельманн, П. Кеннет (2009). Время: от вращения Земли к атомной физике . Вайнхайм: Вайли. С. 68, 232.
  6. ^ Винсент, Джеймс. «Самые точные часы из когда-либо построенных теряют только одну секунду каждые 15 миллиардов лет» . TheVerge . Архивировано 27 января 2018 года . Проверено 26 января 2018 года .
  7. ↑ Аль-Бируни (1879) [1000]. Хронология древних народов . Перевод Сахау, К. Эдвард. С. 147–149. Архивировано 16 сентября 2019 года . Проверено 23 февраля 2016 года .
  8. ^ Бэкон, Роджер (2000) [1267]. Opus Majus Роджера Бэкона . переведен Робертом Белль Берк. Университет Пенсильвании Press . перед столом страница 231. ISBN 978-1-85506-856-8.
  9. ^ a b c Ландес, Дэвид С. (1983). Революция во времени . Кембридж, Массачусетс: Издательство Гарвардского университета. ISBN 0-674-76802-7.
  10. ^ Willsberger, Иоганн (1975). Часы и часы . Нью-Йорк: Наберите Press. ISBN 0-8037-4475-7. полноцветная фотография: 4-я страница с подписью, 3-е фото после нее (ни страницы, ни фотографии не нумеруются).
  11. ^ Селин, Helaine (31 июля 1997). Энциклопедия истории науки, техники и медицины в незападных культурах . Springer Science & Business Media. п. 934. ISBN 978-0-7923-4066-9. Архивировано 20 ноября 2016 года . Проверено 23 февраля 2016 года .
  12. ^ Дженкин, Генри Чарльз Флиминг , изд. (1873 г.). Отчеты комитета по электротехническим стандартам . Британская ассоциация развития науки. п. 90. Архивировано 20 ноября 2016 года . Проверено 23 февраля 2016 года .
  13. ^ a b c «Високосные секунды» . Департамент службы времени, Военно-морская обсерватория США . Архивировано 12 марта 2015 года . Проверено 22 ноября 2015 года .
  14. ^ Nautical Альманах Офисы Соединенного Королевства и Соединенных Штатов Америки (1961), пояснительной Дополнением к астрономической эфемерид и американской эфемериды и Морской альманах , с. 9, ... определенное эфемеридное время ... [было] принято Международным астрономическим союзом в сентябре 1952 года.
  15. ^ "SI Brochure (2006)" (PDF) . Брошюра SI 8-е издание . BIPM . п. 112. Архивировано 3 мая 2019 года (PDF) . Проверено 23 мая 2019 года .
  16. ^ Маккарти, Деннис Д .; Зайдельманн, П. Кеннет (2009). «Определение и роль секунды». Время: от вращения Земли к атомной физике . Вайнхайм: Вайли.
  17. ^ Маккарти, Деннис Д .; Зайдельманн, П. Кеннет (2009). Время: от вращения Земли к атомной физике . Вайнхайм: Вайли. С. 231–232.
  18. ^ Международный астрономический союз. «Рекомендации по агрегатам» . Архивировано из оригинального 16 февраля 2007 года . Проверено 18 февраля 2007 года .Перепечатано из "Руководства по стилю IAU" Г. А. Уилкинсоном, Comm. 5, в IAU Transactions XXB (1987).

Внешние ссылки [ править ]

  • Национальная физическая лаборатория: оптические стандарты частоты захваченных ионов
  • Высокоточные оптические часы с ионами стронция ; Национальная физическая лаборатория (2005)
  • Национальный исследовательский совет Канады: оптический стандарт частоты на основе одного захваченного иона
  • NIST: определение второго ; обратите внимание, что атом цезия должен находиться в основном состоянии при 0 K
  • Официальное определение второго
  • Дополнительная секунда: ее история и возможное будущее
  • Что такое часы с атомом цезия?
  • Точность времени - Astronoo
  • SLAC: Шкалы времени - Наша Вселенная от 10 ^ 18 до 10 ^ -18 секунд.