Második

A második (orosz jelölés: s ; nemzetközi: s ; grafikus: ″ ) egy időegység , a Nemzetközi Mértékegységrendszer (SI) és a CGS rendszer egyik alapegysége . Ezen kívül ez egy időegység, és az egyik fő egység az ISS , MKSA , MKSK , MKSG , MKSL , MSK , MSS , MKGSS és MTS rendszerekben [1] .

9 192 631 770 sugárzási periódusnak megfelelő időintervallumot jelent, amely a cézium-133 atom alapállapotának két hiperfinom energiaszintje közötti átmenetnek felel meg , amely 0 K -en nyugalmi állapotban van . A második jelenlegi meghatározásának pontos szövege, amelyet a XIII. Általános Súly- és Mértékkonferencia (CGPM) hagyott jóvá 1967-ben, a következő [2] [3] :

Egy másodperc 9 192 631 770 sugárzási periódusnak felel meg, amely a cézium-133 atom alapállapotának két hiperfinom szintje közötti átmenetnek felel meg.

1997-ben a Nemzetközi Súly- és Mértékügyi Bizottság (CIPM) tisztázta, hogy ez a meghatározás egy 0 K hőmérsékleten nyugvó céziumatomra vonatkozik  [2] .

Többszörösek és résztöbbségek

A "másodperc" mértékegységnél általában csak SI előtagokat használnak (kivéve a deci- és centi-t). Nagy időintervallumok mérésére a perc , óra , nap , stb. mértékegységeket használjuk.

Többszörös Dolnye
nagyságrendű cím kijelölés nagyságrendű cím kijelölés
10 1 s dekaszekundum das das 10 −1 s döntse el ds ds
10 2 s hektomásodperc gs hs 10-2 s _ centiszekundum ss cs
10 3 s kilomásodperc ks ks 10-3 s _ miliszekundum Kisasszony Kisasszony
10 6 s megamásodperc KISASSZONY Kisasszony 10-6 s _ mikroszekundum Kisasszony µs
10 9 s gigamásodperc Gs Gs 10-9 s _ nanoszekundum ns ns
10 12 s teraszekundum Ts Ts 10-12 s _ pikoszekundum ps ps
10 15 s peseszekundum Ps PS 10-15 s _ femtoszekundum fs fs
10 18 s exasecond Es Es 10-18 s _ attoszekundum ász mint
10 21 s zettsecond Zs Zs 10-21 s _ zeptoszekundum zs zs
10 24 s yottamásodperc Is Ys 10-24 s _ joctosecond van ys
     használatra ajánlott      alkalmazása nem javasolt      nem vagy ritkán használják a gyakorlatban

Egyenértékűség más időegységekkel

1 másodperc egyenlő:

A név eredete

A kifejezést a 18. században kölcsönözték a latinból, ahol a secunda , szó szerint „második”, a pars minuta secunda  , „kis második rész” ( órák ) kifejezés rövidítése, ellentétben a pars minuta prima  , „kis első rész” kifejezéssel. (órák). A második szó a latin secunda divisio [4] kifejezésből származik . Ez az óra második felosztását jelenti (a hatszázalékos számrendszerben ).

A második definíciók története

A mechanikus órák megjelenése előtt

Az ókori Egyiptom lakói legalább ie 2000 óta 12 órára osztották a nappal és az éjszaka felét. e. Az év különböző szakaszaiban az éjszakai és nappali időszakok eltérő időtartama miatt az egyiptomi óra időtartama változó érték volt. A hellenisztikus Görögország görög csillagászai, Hipparkhosz és Ptolemaiosz a napot hatszázalékos számrendszer alapján osztották fel, és az átlagos órát ( 1⁄24 nap) , az óra egyszerű törtrészeit ( 1⁄4 , 2⁄3 stb . ) is felhasználták . és időfokok ( 1⁄360 nap vagy 4 modern perc), de nem modern percek vagy másodpercek [5] .

Babilóniában ie 300 után e. a napot hatvanas számmal osztották fel, azaz 60-nal, a kapott szegmenst további 60-al, majd ismét 60-al, és így tovább, legalább hat számjegyig a hat számjegyig (ami több mint két modern pontosságot adott mikroszekundum). Például az év hosszához egy nap hosszának hatjegyű törtszámát használtuk, bár ilyen kis intervallumot fizikailag nem tudtak mérni. Egy másik példa az általuk meghatározott zsinati hónap időtartama , amely 29; 31.50.8.20 nap volt (négy tört hatszázalékos számjegy), amelyet Hipparkhosz és Ptolemaiosz ismételt meg, és amely ma az átlagos szinódusi hónap időtartama a zsidó naptárban . bár 29 nap 12 óra és 793 helek (ahol 1080 helek 1 órát tesz ki) számolva [6] . A babilóniaiak nem használták az "óra" időegységet, helyette 120 modern perces dupla órát, valamint 4 perces időfokozatot és 3 1⁄3 modern másodperces "harmadik részt " használtak ( helek in a modern zsidó naptár) [7] . de ezeket a kisebb egységeket már nem osztották szét. A nap hatszázalékos részeinek egyikét sem használták független időegységként.

Az 1000. évben Al-Biruni perzsa tudós meghatározott hetek teliholdidejét a napok, órák, percek, másodpercek, harmadok és negyedek számában határozta meg, vasárnap déltől számítva [8] . 1267-ben Roger Bacon angol filozófus és természettudós meghatározta a telihold közötti időintervallumokat az órák, percek, másodpercek, harmadok és negyedek ( horae , minuta , secunda , tertia , quarta ) számában bizonyos napok dél után [9] . A harmadik  – „harmadik”, az „óra harmadik felosztása” értelmében – létezik, amely 1⁄60 másodpercet jelöl, és ma már bizonyos nyelveken, például a lengyelben. tercja és túra. salise , azonban ezt a mértékegységet kevesen használják, és a kis időtartamok decimális másodpercben vannak kifejezve (ezrelék, milliomod stb.).

Másodpercek a mechanikus órák idejében

A használt mutatós rugós óra első ismert példánya a Fremersdorf-gyűjteményből származó, Orpheus képével ellátott ismeretlen óra, 1560 és 1570 között [ 10] :417–418 [11] . A 16. század 3. negyedében az oszmán enciklopédista Takiyuddin ash-Shami készített egy órát, amelyen 1/5 percenkénti jelek láthatók [12] . 1579-ben a svájci órás- és hangszerkészítő, Jost Bürgi tervezett egy órát IV. Wilhelm földgróf számára, amely másodperceket mutatott [10] :105 .

1581-ben Tycho Brahe dán tudós újratervezte csillagvizsgálójában az órát, amely perceket mutatott, így az másodperceket is mutatott. A mechanizmust azonban még nem fejlesztették ki kellőképpen ahhoz, hogy elfogadható pontossággal mérje a másodperceket. 1587-ben Tycho Brahe bosszúságot mutatott, hogy négy órájának állása ±4 másodperccel tért el egymástól [10] :104 .

A másodpercek kellő pontosságú mérése lehetővé vált a mechanikus órák feltalálásával , amelyek lehetővé tették az "átlagidő" (szemben a napórák által mutatott "relatív idő") fenntartását. 1644-ben Marin Mersenne francia matematikus kiszámította, hogy egy 39,1 hüvelyk (0,994 m) hosszú inga normál gravitáció pontosan 2 másodperces lengésperiódussal rendelkezik – 1 másodperc az előre és 1 másodperc a visszalépéshez –, ami lehetővé teszi, hogy így számoljon. pontos másodpercek.

1670-ben William Clement londoni órásmester hozzáadott egy ilyen második ingát Christian Huygens eredeti ingaórájához [13] . Kelemen 1670-től 1680-ig többször fejlesztette a szerkezetét, majd bemutatta a nagyközönségnek az általa készített óraszekrényt . Ez az óra horgony -szökési mechanizmust használt , egy másodperces ingával, amely másodperceket mutatott egy kis segédszámlapon. Ez a mechanizmus a kisebb súrlódás miatt kevesebb energiát igényelt, mint a korábban használt csapszökés kialakítás , és elég pontos volt ahhoz, hogy másodperceket 1⁄ 60 percben mérjen . Több éven át az ilyen órák gyártását az angol órások sajátították el, majd elterjedtek más országokba. Így ezentúl lehetővé vált a másodpercek megfelelő pontosságú mérése.

Modern mérések

Időegységként a második (abban az értelemben, hogy az órát kétszer osztják 60-nal, első alkalommal percet kapsz, másodszor ( második ) - másodpercet) a 17. század végén lépett be az angol nyelvbe, kb. száz évvel azelőtt kellő pontossággal megmérték. A latin tudósok és felfedezők, például Roger Bacon , Tycho Brahe és Johannes Kepler már az 1200-as évek óta használják a latin secunda kifejezést azonos jelentéssel.

1832-ben Carl Friedrich Gauss német matematikus javasolta a második használatát az idő alapegységeként mértékegységrendszerében , amely a millimétert és a milligrammot használja a másodikkal együtt. A British Science Association ( English  British Science Association ) 1862-ben úgy döntött, hogy "Minden tudós beleegyezett abba, hogy az átlagos szoláris idő másodikát használja időegységként" ( angol.  Minden tudós egyetértett abban, hogy az átlagos szoláris idő másodikát használja az idő mértékegysége [14] ). Az egyesület 1874-ben dolgozta ki a CGS (centiméter-gramm-másodperc) mértékegységrendszert , amelyet a következő hetven évben fokozatosan felváltott az MKS (méter-kilogrammásodperc) rendszer. Mindkét rendszer ugyanazt a másodikat használta alapegységként. Az ISS rendszer az 1940-es években került nemzetközi használatba, és egy másodpercet az átlagos napsugárzás 1/86 400-aként határoztak meg .

1956-ban a második definícióját kijavították, és az "év" (a Föld Nap körüli forgási periódusa) fogalmához kötötték, egy bizonyos korszakra , mivel ekkorra vált ismertté, hogy a forgási periódus A Föld tengelye körüli ( sziderális nap ) értéke nem használható elég pontos értékként, mivel a Föld forgását az árapály-erők lassítják , és kaotikus oszcillációknak is ki van téve. A Föld mozgását Newcomb Tables of the Sun című művében (  1895) írta le, amely az 1750 és 1892 között végzett csillagászati ​​megfigyelések alapján egy képletet kínált a Nap mozgásának becslésére az 1900-as évekre [15] .

Így a második akkoriban a következő meghatározást kapta:

" 1/31.556.925.9747 a trópusi évből 1900. január 0-án, 12 órás efemerisz idő szerint " [
15 ] 

Ezt a meghatározást a XI. CGPM 1960 -ban fogadta el [16] , és ugyanezen a konferencián hagyták jóvá a Nemzetközi Mértékegységrendszert (SI) mint egészet.

Az 1960-as definícióban a " trópusi évet " nem mérték, hanem az átlagos trópusi évet leíró képletből számították ki, amely idővel lineárisan növekszik. Ez megfelelt a Nemzetközi Csillagászati ​​Unió által 1952 -ben elfogadott efemerisz időskálának [17] . Ez a meghatározás összhangba hozta az égitestek megfigyelt elrendezését Newton gravitációs elméletével a mozgásukról. A gyakorlatban a Newcomb asztalokat (1900-tól 1983-ig) és az Ernest William Brown -táblákat (1923-tól 1983-ig) szinte az egész huszadik században használták [15] .

Így 1960-ban az SI definíciója eltörölt minden explicit kapcsolatot a tudományosan értelmezett második és a legtöbb ember által értelmezett naphossz között. Az 1960-as évek elején az atomóra feltalálásával úgy döntöttek, hogy a Föld Nap körüli forradalma helyett a nemzetközi atomidőt veszik alapul a másodperc meghatározásához. A kvantummechanika alapelve  a részecskék megkülönböztethetetlensége . Így a külső hatások figyelembevétele nélkül egy adott izotóp összes atomjának szerkezete és tulajdonságai teljesen azonosak. Ezért ideális mechanizmusok, amelyeket a kutató kérésére reprodukálnak olyan pontossággal, amelyet csak a külső hatások befolyása korlátoz. Ezért az órák - időtartók - fejlesztése oda vezetett, hogy az atomórák által megvalósított időskála pontossága meghaladta a csillagászati ​​definíció pontosságát, ami szintén szenvedett a második szabvány pontos reprodukálhatóságának lehetetlenségétől. Ezért úgy döntöttek, hogy áttérünk a másodperc időtartamának atomórákkal történő meghatározására, az atomok energiaszintjei közötti valamilyen átmenetet alapul véve, amelyet a külső hatások gyengén befolyásolnak. A megbeszélés után úgy döntöttek, hogy a céziumatomokat veszik, amelyek további előnye, hogy a természetes céziumnak csak egy stabil izotópja van, és a második új definícióját úgy mutatják be, hogy az a leginkább megfeleljen az alkalmazott efemerisz másodiknak.

Több éves munka után Lewis Essen , a National Physical Laboratory of Great Britain ( Teddington ( angolul  Teddington ), Anglia) és William Markowitz ( angol  William Markowitz ) az amerikai haditengerészeti obszervatórium munkatársa meghatározta a két hiperfinom szint közötti átmenet összefüggését. a cézium -133 atom alapállapota efemerisz második [15] [18] . A WWV ( rádióállomás ) [ 19] rádióállomás jeleinek vételén alapuló módszerrel meghatározták a Hold Föld körüli keringési mozgását, amelyből a Föld Nap körüli mozgását az atommal mért idő függvényében határozták meg. órákat. Azt találták, hogy az efemeriszidő egy másodpercének időtartama 9 192 631 770 ± 20 cézium emissziós periódus [18] . Ennek eredményeként 1967-ben a XIII CGPM az atomi másodikat a következőképpen határozta meg:  

Egy másodperc 9 192 631 770 sugárzási periódusnak felel meg, amely a cézium-133 atom alapállapotának két hiperfinom szintje közötti átmenetnek felel meg. [tizenöt]

Ezt a másodikat, amely az atomi időre utal, később ellenőrizték, hogy megfelel-e az efemeriszidő másodikjával, amelyet holdmegfigyelések határoztak meg, és egybeesett vele 1:10 10 -hez [20] . Ennek ellenére az így definiált második már valamivel rövidebb volt az előző definíció szerint a másodiknál, amelyet az átlagos szoláris idő határoz meg [21] [22] .

Az 1970-es években felfedezték, hogy a gravitációs idődilatáció befolyásolja az atomórák által számlált másodperceket, attól függően, hogy a Föld felszíne feletti magasságban vannak. Az univerzális másodpercet úgy kaptuk meg, hogy az egyes atomórák értékét az átlagos tengerszinthez igazították, így a másodpercet körülbelül 1⋅10-10-el meghosszabbították . Ezt a kiigazítást 1977 -ben hajtották végre, és 1980 -ban legalizálták . A relativitáselmélet szempontjából a nemzetközi atomi idő másodikját a forgó geoidon eltöltött megfelelő időként határozzák meg [23] .

Később, 1997-ben, a Nemzetközi Súly- és Mértékbizottság ülésén a második definícióját pontosították a következő meghatározással [2] :

Ez a meghatározás egy nyugalmi céziumatomra vonatkozik,
0 K hőmérsékleten. 

A felülvizsgált állítás arra utal, hogy egy ideális atomóra egy nyugalmi céziumatomot tartalmaz, amely állandó frekvenciájú hullámot bocsát ki. A gyakorlatban azonban ez a definíció azt jelenti, hogy a második nagy pontosságú méréseit finomítani kell, hogy figyelembe vegyék azt a külső hőmérsékletet ( fekete test sugárzás ), amelyben az atomórák működnek, és extrapolálni kell a második abszolút nullán lévő értékére .

Az SI alapegységek definícióinak 2018–2019-es változásai a másodikat érdemi szempontból nem érintették, azonban stilisztikai okokból formálisan új definíciót fogadtak el [24] :

A második, az s szimbólum az idő SI egysége; értékét úgy állítjuk be, hogy a cézium-133 atom alapállapotának hiperfinom hasítási frekvenciájának számértékét pontosan 9 192 631 770-re rögzítjük , ha azt Hz SI-egységben fejezzük ki , ami ekvivalens c −1 -el. .

Lásd még

Jegyzetek

  1. ↑ Dengub V. M. , Smirnov V. G. . A mennyiségek mértékegységei. Szótári hivatkozás. - M . : Szabványok Kiadója, 1990. - S. 103. - 240 p. — ISBN 5-7050-0118-5 .
  2. ↑ 1 2 3 Időegység (másodperc  ) . SI brosúra: A mértékegységek nemzetközi rendszere (SI) . BIPM . Letöltve: 2015. október 9. Az eredetiből archiválva : 2018. június 13.
  3. ↑ Az Orosz Föderációban használható mennyiségi egységekre vonatkozó előírások (elérhetetlen link) . Szövetségi Információs Alapítvány a mérések egységességének biztosítására . Rosstandart . Letöltve: 2018. február 28. Az eredetiből archiválva : 2017. szeptember 18.. 
  4. ↑ Második // Fizikai enciklopédia / Ch. szerk. A. M. Prohorov . - M . : Nagy Orosz Enciklopédia , 1994. - T. 4. - S. 484. - 704 p. - 40.000 példány.  - ISBN 5-85270-087-8 .
  5. ↑ Toomer, GJPtolemaiosz Almagestje  (neopr.) . - Princeton, New Jersey: Princeton University Press , 1998. - 6-7., 23., 211-216. - ISBN 978-0-691-00260-6 .
  6. ↑ Ó Neugebauer . Az ókori matematikai csillagászat története  (angol) . - Springer-Verlag , 1975. - ISBN 0-387-06995-X . Archiválva : 2017. május 20. a Wayback Machine -nál
  7. ↑ Ó Neugebauer .  Maimonides csillagászata és forrásai  // Hebrew Union College Annual : folyóirat. - 1949. - 1. évf. 22 . — 325. o .
  8. ↑ al-Biruni Az ókori nemzetek kronológiája: az albiruni Athar-ul-Bakiya vagy "A múlt nyomai"  (angol) arab szövegének angol változata . - 1879. - P. 147-149. Archiválva: 2019. szeptember 16. aWayback Machine
  9. ↑ R Szalonna. Roger Bacon Opus  Majusa (neopr.) . - University of Pennsylvania Press , 2000. - C. táblázat a 231. oldallal szemben. - ISBN 978-1-85506-856-8 .
  10. ↑ 1 2 3 Landes, David S. Revolution in Time  (meghatározatlan) . - Cambridge, Massachusetts: Harvard University Press , 1983. - ISBN 0-674-76802-7 .
  11. ↑ Willsberger, Johann. Órák  (neopr.) . New York: Dial Press, 1975. - ISBN 0-8037-4475-7 . egész oldalas színes fotó: 4. feliratoldal, majd 3. fotó (sem az oldalak, sem a fotók nincsenek számozva).
  12. ↑ Taqi al-Din . Letöltve: 2017. október 3. Az eredetiből archiválva : 2016. november 20.
  13. ↑ Jessica Chappell. The Long Case Clock: The Science and Engineering that Goes Into a Grandfather Clock  //  Illumin : Journal. - 2001. - október 1. ( 1. köt. , 0. sz.). — 1. o . Archiválva az eredetiből 2018. szeptember 28-án.
  14. ↑ Az elektromos szabványokkal foglalkozó bizottság jelentései 90. British Association for the Advancement of Science (1873). Letöltve: 2017. október 3. Az eredetiből archiválva : 2016. november 20.
  15. ↑ 1 2 3 4 5 szökőmásodperc . Time Service Department, United States Naval Observatory . Hozzáférés dátuma: 2006. december 31. Az eredetiből archiválva : 2012. május 27.
  16. ↑ A XI. Általános Súly- és Mértékkonferencia (1960) 9. határozata archiválva : 2013. június 26. a Wayback Machine -nél  
  17. ↑ Az Astronomical Ephemeris és az American Ephemeris and Nautical Almanach magyarázó melléklete (az Egyesült Királyság és az Amerikai Egyesült Államok Nautical Almanach Officesa által közösen elkészítve, HMSO, London, 1961), szekt. 1C, 9. o.), amely kijelenti, hogy egy konferencián „1950 márciusában, hogy megvitassák a csillagászat alapvető állandóit... a legmesszebbmenő következményekkel járó ajánlások azok voltak, amelyek meghatározták az efemerisz idejét, és összhangba hozták a hold efemeridjét a szoláris efemerisz az efemeridi idő szempontjából. Ezeket az ajánlásokat a Nemzetközi Csillagászati ​​Uniónak címezték, és a 4. bizottság és az Unió 1952 szeptemberében Rómában tartott közgyűlése hivatalosan elfogadta őket.
  18. ↑ 1 2 W Markowitz, RG Hall, L Essen, JVL Parry. A cézium gyakorisága az efemeriszidőben kifejezve  (határozatlan)  // Physical Review Letters . - 1958. - T. 1 , 3. sz . - S. 105-107 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.1.105 . - . Az eredetiből archiválva : 2008. október 19.
  19. ↑ S Leschiutta. Az „atomi” második  (neopr.) meghatározása  // Metrologia . - 2005. - T. 42 , 3. sz . - S. S10-S19 . - doi : 10.1088/0026-1394/42/3/S03 . — .
  20. ↑ W Markowitz (1988). A.K. Babcock, G.A. Wilkins, szerk. A Föld forgása és a geodéziai és geofizikai referenciakeretek . IAU Sumposia #128. pp. 413-418. Irodai kód : 1988IAUS..128..413M .
  21. ↑ DD McCarthy, C Hackman, R Nelson. A második ugrás fizikai alapja  //  The Astronomical Journal . - IOP Publishing , 2008. - Vol. 136. sz . 5 . - P. 1906-1908 . - doi : 10.1088/0004-6256/136/5/1906 . — Irodai .
  22. ↑ Az 1950-es évek végén a céziumstandardot használták az átlagos szoláris idő másodpercének (UT2) ( 9 192 631 830 ciklus ), valamint az efemeriszidő másodpercének (ET) ( 9 192 631 770 ) mérésére. ± 20 ciklus ), lásd L Essen. Időskálák ( neopr  .)  // Metrologia . - 1968. - V. 4 , 4. sz . - S. 161-165 . - doi : 10.1088/0026-1394/4/4/003 . - . Az eredetiből archiválva : 2017. december 14. . Ahogy a 162. oldalon megjegyeztük, a 9 192 631 770 -es számot választották az SI másodpercnek. L Essen ugyanebben az 1968-as cikkben kijelentette, hogy ez az érték "az UT2 változásaira tekintettel ésszerűnek tűnt".
  23. ↑ Lásd az R.A. Nelson 515. oldalát; McCarthy, D. D.; Malys, S; Levine, J; Guinot, B; Fliegel, H. F.; Beard, R. L.; Bartholomew, T R. et al. A második ugrás: története és lehetséges jövője  (neopr.)  // Metrologia . - 2000. - T. 38 , 6. sz . - S. 509-529 . - doi : 10.1088/0026-1394/38/6/6 . - . Archiválva az eredetiből 2014. augusztus 12-én.
  24. ↑ SI alapegységek (downlink) . BIPM . Letöltve: 2019. június 22. Az eredetiből archiválva : 2018. december 23. 

Irodalom

Linkek

  Ugrás a Wikidata elemre  Szótárak és enciklopédiák
Bibliográfiai katalógusokban
 SI mértékegységek
Alapegységek
Származtatott egységek
speciális elnevezéssel
SI-
vel használható
Lásd még