من الذي يقرر كم هي ثانية؟-أسئلة- freak science society

 

من الذي يقرر كم هي ثانية؟

 

 

في عام 1967، اجتمع باحثون من جميع أنحاء العالم للإجابة على سؤال علمي طويل الأمد -ما هي مدة الثانية؟ قد يبدو واضحا في البداية. الثانية هي دقات الساعة، تأرجح البندول، الوقت الذي يستغرقه العد إلى واحد. ولكن ما مدى دقة تلك القياسات؟ ما هو هذا الطول على أساس؟ وكيف يمكننا أن نحدد علميًا هذه الوحدة الأساسية من الوقت؟

 

بالنسبة لمعظم تاريخ البشرية، كانت الحضارات القديمة تقيس الوقت بتقويمات فريدة تتبعت المسيرة الثابتة لسماء الليل. في الواقع، لم يتم تقديم الثانية كما نعرفها حتى أواخر القرن الخامس عشر الميلادي، عندما بدأ التقويم الغريغوري بالانتشار في جميع أنحاء العالم جنبًا إلى جنب مع الاستعمار البريطاني. عرف التقويم الغريغوري اليوم بأنه ثورة واحدة للأرض حول محورها. يمكن تقسيم كل يوم إلى 24 ساعة، وكل ساعة إلى 60 دقيقة، وكل دقيقة إلى 60 ثانية. ومع ذلك، عندما تم تعريفها لأول مرة، كانت الثانية فكرة رياضية أكثر من كونها وحدة زمنية مفيدة. كان قياس الأيام والساعات كافياً لمعظم المهام في المجتمعات الرعوية. لم يكن الأمر كذلك حتى أصبح المجتمع مترابطًا من خلال السكك الحديدية سريعة الحركة حيث احتاجت المدن إلى الاتفاق على ضبط الوقت بدقة. بحلول الخمسينيات من القرن الماضي، تطلبت العديد من الأنظمة العالمية حساب كل ثانية بشكل مثالي وبأكبر قدر ممكن من الدقة. وماذا يمكن أن يكون أكثر دقة من المقياس الذري؟

 

في وقت مبكر من عام 1955، بدأ الباحثون في تطوير الساعات الذرية، والتي اعتمدت على قوانين الفيزياء الثابتة لإنشاء أساس جديد لضبط الوقت. تتكون الذرة من إلكترونات سالبة الشحنة تدور حول نواة موجبة الشحنة بتردد ثابت. تحافظ قوانين ميكانيكا الكم على هذه الإلكترونات في مكانها، ولكن إذا عرّضت ذرة لمجال كهرومغناطيسي مثل الضوء أو موجات الراديو، يمكنك أن تزعج اتجاه الإلكترون قليلاً. وإذا قمت بتعديل الإلكترون لفترة وجيزة بالتردد الصحيح فقط، فيمكنك إنشاء اهتزاز يشبه البندول الموقوت.

 

على عكس البندولات العادية التي تفقد الطاقة بسرعة، يمكن للإلكترونات أن تدق لعدة قرون. للحفاظ على الاتساق وتسهيل قياس القراد، يقوم الباحثون بتبخير الذرات، وتحويلها إلى حالة أقل تفاعلية وتقلبًا. لكن هذه العملية لا تبطئ من سرعة تكتك الذرة بشكل ملحوظ. يمكن أن تتذبذب بعض الذرات أكثر من تسعة مليارات مرة في الثانية، مما يمنح الساعات الذرية دقة لا مثيل لها لقياس الوقت. وبما أن كل ذرة من نظير عنصري متطابقة، يجب أن ينتج باحثان يستخدمان نفس العنصر ونفس الموجة الكهرومغناطيسية ساعات متسقة تمامًا.

ولكن قبل أن يصبح ضبط الوقت ذريًا بالكامل، كان على البلدان أن تقرر أي الذرة سيكون أفضل. كان هذا هو النقاش في عام 1967، في المؤتمر العام الثالث عشر للجنة الدولية للأوزان والمقاييس. يوجد 118 عنصرًا في الجدول الدوري، ولكل عنصر خصائصه الفريدة. لهذه المهمة، كان الباحثون يبحثون عن عدة أشياء. يحتاج العنصر إلى تذبذب إلكتروني طويل الأمد وعالي التردد لعرض الوقت بدقة وطويلة الأمد. لتتبع هذا التذبذب بسهولة، يحتاج أيضًا إلى دوران كمي يمكن قياسه بشكل موثوق -بمعنى اتجاه المحور الذي يدور حوله الإلكترون -بالإضافة إلى بنية بسيطة لمستوى الطاقة -مما يعني أن الإلكترونات النشطة قليلة وحالتها سهلة تحديد. أخيرًا، يجب أن يكون التبخير سهلًا.

 

الذرة الفائزة؟ السيزيوم 133. كان السيزيوم بالفعل عنصرًا شائعًا في أبحاث الساعة الذرية، وبحلول عام 1968، كانت بعض ساعات السيزيوم متاحة تجاريًا. كل ما تبقى هو تحديد عدد القراد في ذرة السيزيوم في الثانية. استخدم المؤتمر القياس الفلكي الأكثر دقة للثانية المتاحة في ذلك الوقت -بدءًا من عدد الأيام في السنة وتقسيمًا إلى أسفل. عند مقارنتها بمعدل تكتك الذرة، حددت النتائج رسميًا ثانية واحدة على أنها 9192.631.770 نقرة بالضبط من ذرة سيزيوم 133.

اليوم، تُستخدم الساعات الذرية في جميع أنحاء الأرض -وخارجها. من أجهزة إرسال الإشارات اللاسلكية إلى الأقمار الصناعية لأنظمة تحديد المواقع العالمية، تمت مزامنة هذه الأجهزة لمساعدتنا في الحفاظ على وقت متسق عالميًا -بدقة لا مثيل لها.