|
Árið 1967 birti
almanakið í fyrsta sinn yfirlit yfir helstu mælieiningar hins
alþjóðlega einingakerfis. Frá 1977 hefur þetta verið fastur liður í
almanakinu, misjafnlega ítarlegur þó. Grein með fyrirsögninni
"Metrakerfið og hið alþjóðlega einingakerfi" hefur birst til
skýringar nokkrum sinnum, síðast árið 1970. Í almanaki 2020 var sagt
frá því að kílógrammið hefði verið skilgreint að nýju og var sú
skilgreining felld inn í kaflann um mælieiningar.
Hér er ætlunin
að fjalla um eina af þessum einingum. Sú eining hefur nokkra
sérstöðu, því að hún er skilgreind með miklu meiri nákvæmni en aðrar
einingar hins alþjóðlega kerfis og er jafnframt þáttur, beinn eða
óbeinn, í skilgreiningum allra annarra eininga. Ólíkt öðrum
einingum hefur hún aldrei átt hlutlæga (efnislega) samsvörun. Þessi
eining er sekúndan. En hvað er sekúndan og hvernig varð hún
til?
Nafnið "sekúnda" er komið úr latínunni "secundus" sem merkir næstur
eða annar í röðinni. Í þessu tilviki er átt við skiptingu
klukkustundanna. Er þá fyrsta skiptingin í mínútur en sú næsta í
sekúndur. Að stundirnar í sólarhring eru 24 má rekja til Súmera og
Babyloniumanna. Skipting stundanna í 60 mínútur og skipting
mínútunnar í 60 sekúndur á upphaf sitt í reiknikerfi Súmera fyrir
meira en fimm þúsund árum.
Fyrsta nútímaleg skilgreining á sekúndunni var á þá leið að hún væri 1/86400
hluti úr sólarhring. Þar sem sólarhringarnir eru mislangir yfir árið
skyldi miðað við meðaltalið. Þessi skilgreining var látin nægja
langt fram á 20. öld. Árið 1960 var ný skilgreining fest á blað:
sekúndan skyldi vera 1/86400 úr árstíðaárinu eins og það var árið
1900. Til aðgreiningar frá eldri gildum var þessi nýja sekúnda nefnd
almanakssekúnda (á ensku: ephemeris second). Gallinn við þessa
skilgreiningu var sá, að hún var huglæg; engin leið var að framkalla
sekúnduna með tækjum eftir þessari forskrift. Á alþjóðaráðstefnu um
mál og vog árið 1967 var samþykkt ályktun þess efnis að
almanakssekúndan væri ónothæf sem mælieining. Sekúndan var þá
skilgreind upp á nýtt sem 9192631770 stökktímar milli tveggja
tiltekinna ástandsstiga í frumeindinni sesín 133. Hugsanlegt er að
skilgreiningunni verði síðar breytt því að ýmsir vísindamenn telja
sig hafa fundið betri tímaviðmið í öðrum frumeindum og margar
"atómklukkur" eru orðnar nákvæmari en staðallinn sem skilgreiningin
miðast við. Staðalklukkurnar eru undirstaðan að svonefndum samræmdum
heimstíma (á ensku Coordinated Universal Time, skammstafað UTC),sem
fylgt er um alla jörð í framhaldi af miðtíma Greenwich, sem var
nafnið á tímaviðmiðinu fram til 1972.
Nú skyldu menn ætla að tíminn líði alls staðar jafn hratt, en svo
er ekki. Afstæðiskenning Einsteins segir að rás tímans sé breytileg
og tíminn líði hægar eftir því sem þyngdarsviðið er sterkara. Með
nákvæmustu atómklukkum er þetta mælanlegt, og nægir að lyfta þeim
upp um einn sentimetra til að greina muninn. Í gervitunglunum sem
stjórna GPS staðsetningarkerfinu ganga allar klukkur mun hraðar en
á jörðu niðri, og er nauðsynlegt að leiðrétta fyrir þeim mismun til
að kerfið virki. Sekúndan sem skilgreind er með svo mikilli nákvæmni
er því ekkert fastafyrirbæri.
Eftir að hinn samræmdi heimstími var tekinn í notkun kom fljótlega í
ljós að gangur sólar fylgdi honum ekki nákvæmlega. Ástæðan er
breytilegur snúningshraði jarðar. sem veldur örlitlum breytingum á
lengd sólarhringsins. Til að halda klukkunum við meðalsólarhringinn
hefur reynst nauðsynlegt að skjóta inn aukasekúndum stöku sinnum.
Frá 1972 hefur það verið gert 11 sinnum. Á síðustu árum hefur þessum
leiðréttingum farið fækkandi.
Krafan um tímanákvæmni í daglegu lífi er seinni tíma þörf. Það var
ekki fyrr en seint á 19. öld að venjulegar klukkur fengju
mínútuvísi. Stórt skref í þróun nákvæmrar klukku var stigið árið
1656 þegar Hollendingurinn Christiaan Huygens fann upp
pendúlklukkuna. Upp frá því voru pendúlklukkur helsta tímaviðmiðið,
bæði utan heimilis og innan. Á fyrri hluta 20. aldar tóku
rafdrifnar klukkur við þessu hlutverki í heimahúsum. Árið 1927 var
stórt skref stigið með smíði fyrstu kristalsklukkunnar, sem átti
eftir að þróast næstu áratugi og náði til almennings á sjöunda
áratug síðustu aldar. Í kristalsklukkum er kvarskristall sem
sveiflast háttbundið þegar rafspennu er hleypt á hann. Fyrstu
kristalklukkuna hér á landi smíðaði Björn Kristinsson verkfræðingur
hjá fyrirtækinu Rafagnatækni sem hann stofnaði ásamt öðrum árið
1961. Þessi klukka var sérhönnuð til að tímasetja mælingar í
segulmælingastöðinni í Leirvogi í Mosfellssveit og var í mörg ár
nákvæmasta klukka á landinu. Til að halda sekúndunákvæmni var
klukkan leiðrétt handvirkt með hliðsjón af tímamerkjum sem stöðugt
er útvarpað frá erlendum tímamerkjastöðvum.
Á þessum árum gat almenningur kannað hvað tímanum liði með því að
hringja í símanúmerið 04 og heyrt kvenmannrödd tilkynna tímann með
sekúndunákvæmni. Samanburður við kristalsklukkuna í Leirvogi leiddi
fljótlega í ljós að símaklukkan 04 var langt frá því að vera
áreiðanleg. Var þá tekinn upp sá háttur að fylgjast með 04 og
tilkynna Pósti og síma þegar skekkjur keyrðu úr hófi. Síðar fékk sá
sem þetta ritar því til leiðar komið að Póstur og sími bauð upp á
sérstakt símanúmer, 11011, þar sem almenningur gat hlustað beint á
erlenda tímamerkjastöð. Það fyrirkomulag er auðvitað löngu úrelt.
Nú hafa menn aðgengi að nákvæmum tíma í snjallsímum og snjallúrum
gegnum GPS gervitunglakerfið. Rétt er þó að hafa hugfast, að tíminn
sem þessi tæki sýna er ekki hárnákvæmur. Algeng töf í tækjunum er
ein sekúnda eða svo. Fæstir munu hafa áhyggjur af slíku. Til
samanburðar má geta þess að klukkurnar sem fylgjast með heimstímanum
(UTC) gera það með nákvæmni sem reiknast í milljarðabrotum úr
sekúndu.
Þ.S.
27.3. 2023 |