Andra

En andra (rysk beteckning: s ; internationell: s ; grafisk: ″ ) är en tidsenhet , en av grundenheterna i International System of Units (SI) och CGS- systemet . Dessutom är det en tidsenhet och är en av huvudenheterna i systemen ISS , MKSA , MKSK , MKSG , MKSL , MSK , MSS , MKGSS och MTS [1] .

Representerar ett tidsintervall lika med 9 192 631 770 strålningsperioder , motsvarande övergången mellan två hyperfina energinivåer i grundtillståndet för cesium-133- atomen , som är i vila vid 0 K. Den exakta texten i den nuvarande definitionen av den andra, godkänd av XIII General Conference on Weights and Measures (CGPM) 1967, är följande [2] [3] :

En andra är en tid lika med 9 192 631 770 strålningsperioder som motsvarar övergången mellan två hyperfina nivåer av grundtillståndet för cesium-133-atomen.

1997 klargjorde den internationella kommittén för vikter och mått (CIPM) att denna definition avser en cesiumatom i vila vid en temperatur av 0  K [2] .

Multipler och submultiplar

Med måttenheten "andra" används som regel endast SI-prefix (förutom deci- och centi-). För att mäta stora tidsintervall används enheterna minut , timme , dag etc.

Multipel Dolnye
magnitud titel beteckning magnitud titel beteckning
10 1 s decasekund das das 10 −1 s avgörande sekund ds ds
10 2 s hektosekund gs hs 10 −2 s hundrasekund ss cs
10 3 s kilosekund ks ks 10 −3 s millisekund Fröken Fröken
10 6 s megasekund FRÖKEN Fröken 10 −6 s mikrosekund Fröken µs
10 9 s gigasekund Gs Gs 10 −9 s nanosekund ns ns
10 12 s terasekund Ts Ts 10 −12 s pikosekund ps ps
10 15 s petasekund Ps PS 10–15 s _ femtosekund fs fs
10 18 s exasecond Es Es 10 −18 s attosecond ess som
10 21 s zettasekund Zs Zs 10 −21 s zeptosekund zs zs
10 24 s yottasekund Är Ys 10 −24 s joctosekund är ys
     rekommenderas för användning      ansökan rekommenderas inte      inte används eller används sällan i praktiken

Ekvivalens med andra tidsenheter

1 sekund är lika med:

Namnets ursprung

Begreppet lånades på 1700-talet från latinet, där secunda , ordagrant "andra", är en förkortning av uttrycket pars minuta secunda  , "liten andra del" ( timmar ), i motsats till pars minuta prima  , "liten första del" (timmar). Ordet andra kommer från den latinska frasen secunda divisio [4] . Detta betyder den andra divisionen av timmen (i det sexagesimala talsystemet ).

Historia för andra definitioner

Före tillkomsten av mekaniska klockor

Invånarna i det antika Egypten delade upp dag- och natthalvorna av dagen vardera i 12 timmar sedan åtminstone 2000 f.Kr. e. På grund av de olika varaktigheterna för natt- och dagperioderna vid olika tidpunkter på året var längden på den egyptiska timmen ett variabelt värde. De grekiska astronomerna i det hellenistiska Grekland, Hipparchus och Ptolemaios , delade upp dagen baserat på det sexagesimala talsystemet och använde även den genomsnittliga timmen ( 1 ⁄ 24 dagar) , enkla bråkdelar av en timme ( 1 ⁄ 4 , 2 ⁄ 3 , etc.) och tidsgrader ( 1 ⁄ 360 dagar, eller 4 moderna minuter), men inte moderna minuter eller sekunder [5] .

I Babylonien efter 300 f.Kr. e. dagen delades sexagesimalt, det vill säga med 60, det resulterande segmentet dividerades med ytterligare 60, sedan igen med 60, och så vidare, upp till minst sex siffror efter den sexagesimala separatorn (vilket gav en noggrannhet på mer än två moderna mikrosekunder). Till exempel använde längden på deras år ett sexsiffrigt bråktal av längden på en dag, även om de inte kunde fysiskt mäta ett så litet intervall. Ett annat exempel är längden på den synodiska månaden som de fastställde , som var 29; 31.50.8.20 dagar (fyra sexagesimala siffror med bråkdelar), som upprepades av Hipparchus och Ptolemaios och som nu är längden för den genomsnittliga synodiska månaden i den judiska kalendern , även om det beräknas som 29 dagar 12 timmar och 793 heleks (där 1080 heleks utgör 1 timme) [6] . Babylonierna använde inte tidsenheten "timme", istället använde de en dubbeltimme på 120 moderna minuter, samt en tidsgrad på 4 minuter och en "tredje del" på 3 1⁄ 3 moderna sekunder ( helek in den moderna judiska kalendern) [7] men dessa mindre enheter delade de inte längre. Ingen av de sexagesimala delarna av dagen har någonsin använts som en oberoende tidsenhet.

År 1000 bestämde den persiske forskaren Al-Biruni tiderna för fullmånar för specifika veckor i termer av antalet dagar, timmar, minuter, sekunder, tredjedelar och kvartal, räknat från söndagens middagstid [8] . År 1267 fastställde den engelske filosofen och naturforskaren Roger Bacon tidsintervallen mellan fullmånar i antal timmar, minuter, sekunder, tredjedelar och kvarts ( horae , minuta , secunda , tertia , quarta ) efter middagstid vissa dagar [9] . Tredje  - "tredje", i betydelsen "tredje division av timmen", - finns för att beteckna 1⁄ 60 sekunder och nu på vissa språk, som polska. tercja och turné. salise , dock används denna enhet lite och små tidsperioder uttrycks i decimalsekunder (tusendelar, miljondelar, etc.).

Sekunder i tiden för mekaniska klockor

Det första kända exemplet på en vårur med en sekundvisare är en okänd klocka med bilden av Orpheus från Fremersdorf-samlingen, daterad mellan 1560 och 1570 [ 10] :417–418 [11] . I 3:e kvartalet av 1500-talet skapade den ottomanska encyklopedisten Takiyuddin ash-Shami en klocka med märken var 1/5 minut [12] . 1579 designade den schweiziske urmakaren och instrumentmakaren Jost Bürgi en klocka för landgrav Wilhelm IV som visade sekunder [10] :105 .

År 1581 gjorde den danske vetenskapsmannen Tycho Brahe om klockan i sitt observatorium, som visade minuter, så att den också visade sekunder. Mekanismen har dock ännu inte utvecklats tillräckligt för att mäta sekunder med acceptabel noggrannhet. År 1587 visade Tycho Brahe irritation över att avläsningarna på hans fyra klockor skiljde sig från varandra med ±4 sekunder [10] :104 .

Att mäta sekunder med tillräcklig noggrannhet blev möjligt med uppfinningen av mekaniska klockor , som gjorde att "medeltiden" (i motsats till den "relativa tiden" som visas av solur) kunde bibehållas. År 1644 beräknade den franske matematikern Marin Mersenne att en pendel som var 39,1 tum (0,994 m) lång skulle ha en svängningsperiod under standardgravitation exakt 2 sekunder – 1 sekund att gå framåt och 1 sekund att gå tillbaka – vilket gör att du kan räkna på detta sätt. exakta sekunder.

År 1670 lade Londons urmakare William Clement till en sådan andra pendel till Christian Huygens ursprungliga pendelklocka [13] . Från 1670 till 1680 förbättrade Clement sin mekanism flera gånger, varefter han presenterade klockskåpet han gjort för allmänheten. Denna klocka använde en ankarescapement- mekanism med en sekundspendel som visar sekunder på en liten sub-urtavla. Denna mekanism, på grund av mindre friktion, krävde mindre energi än den tidigare använda designen för stiftflykt , och var tillräckligt noggrann för att mäta sekunder som 1⁄ 60 minuter . Under flera år behärskades produktionen av sådana klockor av engelska urmakare och spreds sedan till andra länder. Från och med nu blev det alltså möjligt att mäta sekunder med lämplig noggrannhet.

Moderna mått

Som tidsenhet kom den andra (i den meningen att timmen delas med 60 två gånger, första gången du får minuter, andra gången ( andra ) - sekunder) in i det engelska språket i slutet av 1600-talet, ca. hundra år innan den mättes med tillräcklig noggrannhet. Latinforskare och upptäcktsresande som Roger Bacon , Tycho Brahe och Johannes Kepler har använt den latinska termen secunda med samma betydelse sedan så tidigt som på 1200-talet.

År 1832 föreslog den tyske matematikern Carl Friedrich Gauss att den andra skulle användas som basenhet för tid i sitt enhetssystem , som använder millimetern och milligrammet tillsammans med den andra. British Science Association ( English  British Science Association ) beslutade 1862 att "Alla vetenskapsmän gick med på att använda den andra av medelsoltiden som tidsenhet" ( Engelska.  Alla vetenskapsmän är överens om att använda den andra av medelsoltiden som tidsenheten [14] ). Föreningen utvecklade CGS - systemet (centimeter-gram-sekund) av enheter 1874, som under de följande sjuttio åren gradvis ersattes av MKS -systemet (meter-kilogram-sekund). Båda dessa system använde samma sekund som sin basenhet. ISS-systemet kom i internationell användning på 1940-talet och definierade en sekund som 1/86400 av en genomsnittlig soldag .

1956 korrigerades definitionen av den andra och knuten till begreppet "år" (perioden för jordens rotation runt solen), tagen för en viss epok , eftersom det vid den tiden blev känt att rotationsperioden av jorden runt sin axel ( siderisk dag ) kunde inte användas som ett ganska exakt värde, eftersom jordens rotation bromsas av tidvattenkrafter och även är föremål för kaotiska svängningar. Jordens rörelse beskrevs i Newcombs Tables of the Sun (  1895), som erbjöd en formel för att uppskatta solens rörelse för 1900-talet, baserad på astronomiska observationer som gjordes mellan 1750 och 1892 [15] .

Således fick den andra vid den tiden följande definition:

" 1/31 556 925,9747 av det tropiska året för 1900 januari 0 vid 12 timmar efemerisk tid " [
15 ] 

Denna definition antogs av XI CGPM 1960 [16] , vid samma konferens godkändes International System of Units (SI) som helhet.

Det " tropiska året " i 1960-definitionen mättes inte, utan beräknades utifrån en formel som beskriver medeltalet för det tropiska året, vilket ökar linjärt över tiden. Detta motsvarade den efemeriska tidsskala som antogs av International Astronomical Union 1952 [ 17] . Denna definition förde det observerade arrangemanget av himlakroppar i linje med Newtons teori om gravitation om deras rörelse. I praktiken användes Newcomb-bord (från 1900 till 1983) och Ernest William Brown -bord (från 1923 till 1983) under nästan hela 1900-talet [15] .

Sålunda avskaffade SI-definitionen 1960 varje explicit samband mellan den andra som vetenskapligt förstås och längden på dagen som de flesta förstår den. I och med uppfinningen av atomuret i början av 1960-talet beslutades det att använda internationell atomtid som grund för att bestämma den andra istället för jordens rotation runt solen. Den grundläggande principen för kvantmekaniken  är att partiklarna inte kan särskiljas . Således, utan att ta hänsyn till yttre påverkan, är strukturen och egenskaperna hos alla atomer i en given isotop helt identiska. Därför är de idealiska mekanismer som återges på begäran av forskaren med en noggrannhet som endast begränsas av graden av påverkan av yttre påverkan. Därför ledde utvecklingen av klockor - tidhållare till det faktum att noggrannheten i tidsskalan implementerad av atomklockor översteg noggrannheten i astronomisk definition, som också led av omöjligheten av exakt reproducerbarhet av den andra standarden. Därför beslutades det att gå vidare till att bestämma varaktigheten av en sekund med atomklockor, med utgångspunkt i någon form av övergång mellan energinivåer i atomer, som är svagt påverkad av yttre påverkan. Efter diskussion beslöts att ta cesiumatomer, som har den ytterligare fördelen att naturligt cesium bara har en stabil isotop, och att presentera den nya definitionen av den andra på ett sådant sätt att den närmast motsvarar den efemeris som andra används.

Efter flera års arbete fastställde Lewis Essen från National Physical Laboratory of Great Britain ( Teddington ( Engelska  Teddington ), England) och William Markowitz ( Engelse  William Markowitz ) från US Naval Observatory sambandet mellan övergången mellan två hyperfina nivåer av grundtillstånd för cesium -133-atomen med efemeris andra [15] [18] . Med hjälp av en metod baserad på att ta emot signaler från radiostationen WWV ( radiostation ) [ 19 ] bestämde de månens omloppsrörelse runt jorden, från vilken jordens rörelse runt solen kunde bestämmas i termer av tid mätt med atom klockor. De fann att en sekund av efemerisk tid har en varaktighet på 9 192 631 770 ± 20 cesiumemissionsperioder [18] . Som ett resultat definierade XIII CGPM 1967 den atomära sekunden som: 

En andra är en tid lika med 9 192 631 770 strålningsperioder som motsvarar övergången mellan två hyperfina nivåer av grundtillståndet för cesium-133-atomen. [femton]

Denna andra, som hänvisar till atomtid, kontrollerades senare för överensstämmelse med den andra av efemertid, bestämd av månobservationer, och sammanföll med den inom 1 av 10 10 [20] . Trots detta var den andra definierad på detta sätt redan något kortare än den andra enligt den tidigare definitionen, bestämd av medelsoltiden [21] [22] .

Under 1970-talet upptäcktes att gravitationstidsdilatation påverkar sekunderna som räknas av atomur, beroende på deras höjd över jordens yta. Den universella sekunden erhölls genom att justera värdena för varje atomur till medelhavsnivån , vilket förlängde sekunden med cirka 1⋅10 −10 . Denna justering genomfördes 1977 och legaliserades 1980 . I termer av relativitetsteorin definieras den andra av Internationell atomtid som korrekt tid på en roterande geoid [23] .

Senare, 1997, vid ett möte med Internationella kommittén för vikter och mått, förtydligades definitionen av den andra med tillägget av följande definition [2] :

Denna definition avser en cesiumatom i vila vid en temperatur av
0 K. 

Det reviderade uttalandet antyder att en idealisk atomklocka innehåller en cesiumatom i vila, som avger en våg med konstant frekvens. I praktiken innebär dock denna definition att högprecisionsmätningar av tvåan måste förfinas för att ta hänsyn till den yttre temperaturen ( svartkroppsstrålning ) i vilken atomur fungerar, och extrapoleras till värdet av tvåan vid absolut noll .

Ändringar i definitionerna av de grundläggande SI-enheterna 2018–2019 påverkade inte den andra ur materiell synvinkel, men av stilistiska skäl antogs en formellt ny definition [24] :

Den andra, symbolen s, är SI-tidsenheten; dess värde ställs in genom att fixera det numeriska värdet av frekvensen för den hyperfina splittringen av grundtillståndet för cesium-133- atomen till exakt 9 192 631 770, när det uttrycks i SI-enheten Hz , vilket är ekvivalent med c −1 .

Se även

Anteckningar

  1. ↑ Dengub V. M. , Smirnov V. G. . Enheter av kvantiteter. Ordbokshänvisning. - M . : Publishing house of standards, 1990. - S. 103. - 240 sid. — ISBN 5-7050-0118-5 .
  2. ↑ 1 2 3 Tidsenhet (sekund  ) . SI-broschyr: The International System of Units (SI) . BIPM . Hämtad 9 oktober 2015. Arkiverad från originalet 13 juni 2018.
  3. ↑ Föreskrifter om kvantitetsenheter tillåtna för användning i Ryska federationen (otillgänglig länk) . Federal Information Foundation för att säkerställa enhetlighet i mätningar . Rosstandart . Hämtad 28 februari 2018. Arkiverad från originalet 18 september 2017. 
  4. ↑ Andra // Physical Encyclopedia / Kap. ed. A. M. Prokhorov . - M . : Great Russian Encyclopedia , 1994. - T. 4. - S. 484. - 704 sid. - 40 000 exemplar.  - ISBN 5-85270-087-8 .
  5. ↑ Toomer, GJPtolemaios Almagest  (neopr.) . - Princeton, New Jersey: Princeton University Press , 1998. - s. 6-7, 23, 211-216. - ISBN 978-0-691-00260-6 .
  6. ↑ O Neugebauer . En historia av forntida matematisk astronomi  (engelska) . - Springer-Verlag , 1975. - ISBN 0-387-06995-X . Arkiverad 20 maj 2017 på Wayback Machine
  7. ↑ O Neugebauer . Maimonides astronomi och dess källor   // Hebrew Union College Annual : journal. - 1949. - Vol. 22 . — S. 325 .
  8. ↑ al-Biruni Forntida nationers kronologi: en engelsk version av den arabiska texten av Athar-ul-Bakiya av Albiruni, eller "Vestiges of the Past"  (engelska) . - 1879. - S. 147-149. Arkiverad16 september 2019 påWayback Machine
  9. ↑ R Bacon. Opus Majus av Roger Bacon  (neopr.) . - University of Pennsylvania Press , 2000. - C. tabell mot sidan 231. - ISBN 978-1-85506-856-8 .
  10. ↑ 1 2 3 Landes, David S. Revolution in Time  (ospecificerat) . - Cambridge, Massachusetts: Harvard University Press , 1983. - ISBN 0-674-76802-7 .
  11. ↑ Willsberger, Johann. Klockor & klockor  (neopr.) . New York: Dial Press, 1975. - ISBN 0-8037-4475-7 . helsides färgfoto: 4:e bildtextsidan, 3:e fotot därefter (varken sidor eller foton är numrerade).
  12. ↑ Taqi al-Din . Hämtad 3 oktober 2017. Arkiverad från originalet 20 november 2016.
  13. ↑ Jessica Chappell. The Long Case Clock: The Science and Engineering That Goes Into a Grandfather Clock  //  Illumin : journal. - 2001. - 1 oktober ( vol. 1 , nr 0 ). — S. 1 . Arkiverad från originalet den 28 september 2018.
  14. ↑ Rapporter från kommittén för elektriska standarder 90. British Association for the Advancement of Science (1873). Hämtad 3 oktober 2017. Arkiverad från originalet 20 november 2016.
  15. ↑ 1 2 3 4 5 skottsekunder . Time Service Department, United States Naval Observatory . Tillträdesdatum: 31 december 2006. Arkiverad från originalet den 27 maj 2012.
  16. ↑ Resolution 9 från XI General Conference on Weights and Measures (1960) Arkiverad 26 juni 2013 på Wayback Machine  
  17. ↑ Förklarande tillägg till Astronomical Ephemeris och American Ephemeris and Nautical Almanac (utarbetad gemensamt av Nautical Almanac Offices of the United Kingdom and United States of America, HMSO, London, 1961), på Sect. 1C, s.9), där det påpekades att vid en konferens "i mars 1950 för att diskutera astronomis grundläggande konstanter ... var rekommendationerna med de mest långtgående konsekvenserna de som definierade efemeritiden och förde månens efemeri i enlighet med solar efemeri i termer av efemer tid. Dessa rekommendationer riktades till Internationella astronomiska unionen och antogs formellt av kommissionen 4 och unionens generalförsamling i Rom i september 1952.”
  18. ↑ 1 2 W Markowitz, RG Hall, L Essen, JVL Parry. Frekvens av cesium i termer av efemertid  (obestämd)  // Physical Review Letters . - 1958. - T. 1 , nr 3 . - S. 105-107 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.1.105 . - . Arkiverad från originalet den 19 oktober 2008.
  19. ↑ S Leschiutta. Definitionen av den "atomära" sekunden  (neopr.)  // Metrologia . - 2005. - T. 42 , nr 3 . - S. S10-S19 . - doi : 10.1088/0026-1394/42/3/S03 . — .
  20. ↑ W Markowitz (1988). A.K. Babcock, G.A. Wilkins, red. Jordens rotation och referensramar för geodesi och geofysik . IAU Sumposia #128. pp. 413-418. Bibcode : 1988IAUS..128..413M .
  21. ↑ DD McCarthy, C Hackman, R Nelson. Den fysiska grunden för språngsekunden  //  The Astronomical Journal . - IOP Publishing , 2008. - Vol. 136 , nr. 5 . - S. 1906-1908 . - doi : 10.1088/0004-6256/136/5/1906 . — .
  22. ↑ I slutet av 1950-talet användes cesiumstandarden för att mäta både den nuvarande medellängden för sekunden av medelsoltiden (UT2) ( 9 192 631 830 cykler ) och även den andra av efemertiden (ET) ( 9 192 631 770 ± 20 cykler ), se L Essen. Time Scales  (neopr.)  // Metrologia . - 1968. - V. 4 , nr 4 . - S. 161-165 . - doi : 10.1088/0026-1394/4/4/003 . - . Arkiverad från originalet den 14 december 2017. . Som noterats på sidan 162 valdes siffran 9 192 631 770 för SI-sekunden. L Essen anförde i samma artikel 1968 att detta värde "verkade rimligt med hänsyn till variationerna i UT2".
  23. ↑ Se sidan 515 i R.A. Nelson; McCarthy, D.D.; Malys, S; Levine, J; Guinot, B; Fliegel, H.F.; Beard, R.L.; Bartholomew, T R. et al. Språngsekund: dess historia och möjliga framtid  (neopr.)  // Metrologia . - 2000. - T. 38 , nr 6 . - S. 509-529 . - doi : 10.1088/0026-1394/38/6/6 . - . Arkiverad från originalet den 12 augusti 2014.
  24. ↑ SI-basenheter (nedlänk) . BIPM . Hämtad 22 juni 2019. Arkiverad från originalet 23 december 2018. 

Litteratur

Länkar

  Gå till Wikidata-objektet  Ordböcker och uppslagsverk
I bibliografiska kataloger
 SI-enheter
Grundenheter
Härledda enheter
med speciella namn
Godkänd för
användning med SI
se även