Who decides how long a second is? - John Kitching

المترجم: Yahya Mansour المدقّق: omar idmassaoud

In 1967, researchers from around the world

في عام 1967، اجتمع باحثون من جميع أنحاء العالم

gathered to answer a long-running scientific question—

للإجابة على سؤال علمي قد طال أمده -

just how long is a second?

ما هي مدة الثانية؟

It might seem obvious at first.

قد تبدو الإجابة واضحة في البداية،

A second is the tick of a clock,

فالثانية هي دقات الساعة وحركة البندول الكاملة

the swing of a pendulum, the time it takes to count to one.

والوقت الذي يستغرقه العد إلى واحد.

But how precise are those measurements?

ولكن ما مدى دقة تلك القياسات؟

What is that length based on?

وعلى أي أساس قُدّرت هذه المدة؟

And how can we scientifically define this fundamental unit of time?

وكيف يمكننا أن نحدد علميًا هذه الوحدة الأساسية من الوقت؟

For most of human history, ancient civilizations

بالنسبة لمعظم تاريخ البشرية،

كانت الحضارات القديمة تقيس الوقت بتقويمات فريدة

measured time with unique calendars

that tracked the steady march of the night sky.

اعتمادًا على المسيرة المنتظمة لسماء الليل.

In fact, the second as we know it wasn’t introduced until the late 1500’s,

في الواقع، لم تكُن الثانية كما نعرفها حتى أواخر القرن الخامس عشر الميلادي،

when the Gregorian calendar began to spread across the globe

وذلك عندما بدأ التقويم الميلادي بالانتشار في جميع أنحاء العالم،

alongside British colonialism.

جنبًا إلى جنب مع الاستعمار البريطاني.

The Gregorian calendar defined a day as a single revolution of the Earth

وفقًا للتقويم الميلادي، فاليوم هو الدورة الكاملة للأرض حول محورها.

about its axis.

Each day could be divided into 24 hours, each hour into 60 minutes,

وبالتالي يقسّم كل يوم إلى 24 ساعة، وكل ساعة إلى 60 دقيقة،

and each minute into 60 seconds.

وكل دقيقة إلى 60 ثانية.

However, when it was first defined,

ومع ذلك، عندما عُرفت الثانية لأول مرة،

the second was more of a mathematical idea than a useful unit of time.

كانت عبارة عن فكرة رياضية أكثر من كونها وحدة زمنية مفيدة،

Measuring days and hours was sufficient for most tasks in pastoral communities.

حيث كانت قياسات الأيام والساعات كافية لمعظم المهام في المجتمعات الرعوية.

It wasn’t until society became interconnected

لم يكن الأمر كذلك حتى أصبح المجتمع مترابطا من خلال السكك الحديدية سريعة الحركة،

through fast-moving railways that cities needed to agree on exact timekeeping.

حيث احتاجت المدن إلى الاتفاق على ضبط الوقت بدقة.

By the 1950’s, numerous global systems required every second

بحلول الخمسينيات من القرن الماضي، طلبت العديد من الأنظمة العالمية

حساب كل ثانية بشكل مثالي وبأكبر قدر ممكن من الدقة.

to be perfectly accounted for, with as much precision as possible.

And what could be more precise than the atomic scale?

وماذا يمكن أن يكون أكثر دقة من المقياس الذري؟

As early as 1955, researchers began to develop atomic clocks,

وفي وقت مبكر من عام 1955، بدأ الباحثون في تطوير الساعات الذرية،

which relied on the unchanging laws of physics

والتي اعتمدت على قوانين الفيزياء الثابتة

to establish a new foundation for timekeeping.

لإنشاء أساس جديد لضبط الوقت.

An atom consists of negatively charged electrons

تتكون الذرة من إلكترونات سالبة الشحنة

orbiting a positively charged nucleus at a consistent frequency.

تدور حول نواة موجبة الشحنة بتردد ثابت.

The laws of quantum mechanics keep these electrons in place,

إن قوانين ميكانيكا الكم تحافظ على هذه الإلكترونات في مكانها،

but if you expose an atom to an electromagnetic field

ولكن إذا عَرَّضت ذرة إلى مجال كهرومغناطيسي

such as light or radio waves,

مثل الضوء أو موجات الراديو،

you can slightly disturb an electron’s orientation.

فمن الممكن أن تشتت اتجاه الإلكترون قليلاً،

And if you briefly tweak an electron at just the right frequency,

وإذا قمت بتعديل الإلكترون لفترة وجيزة بالتردد الصحيح فقط،

you can create a vibration that resembles a ticking pendulum.

يمكنك إنشاء اهتزاز يشبه دقات البندول.

Unlike regular pendulums that quickly lose energy, electrons can tick for centuries.

على عكس البندولات العادية التي تفقد الطاقة بسرعة.

يمكن للإلكترونات أن تدق لعدة قرون.

To maintain consistency and make ticks easier to measure,

للحفاظ على التطابق، وتسهيل قياس الدقات،

researchers vaporize the atoms,

يقوم الباحثون بتبخير الذرات،

converting them to a less interactive and volatile state.

وتحويلها إلى حالة أقل تفاعلية وتقلبًا.

But this process doesn’t slow down the atom’s remarkably fast ticking.

لكن هذه العملية لا تبطئ من سرعة تذبذب الذرة بشكل ملحوظ.

Some atoms can oscillate over nine billion times per second,

يمكن أن تتذبذب بعض الذرات أكثر من تسعة مليارات مرة في الثانية،

giving atomic clocks an unparalleled resolution for measuring time.

مما يمنح الساعات الذرية دقة لا مثيل لها لقياس الوقت.

And since every atom of a given elemental isotope is identical,

وبما أن كل ذرة من نظير عنصري تكون متطابقة،

two researchers using the same element and the same electromagnetic wave

فإنه يتوجب على باحثان يستخدمان نفس العنصر والموجة الكهرومغناطيسية

should produce perfectly consistent clocks.

إنتاج ساعات متطابقة تمامًا.

But before timekeeping could go fully atomic,

ولكن قبل أن يصبح ضبط الوقت ذريًا بالكامل،

countries had to decide which atom would work best.

كان على البلدان أن تقرر أي ذرة ستعمل بشكل أفضل.

This was the discussion in 1967,

كان هذا هو النقاش في عام 1967،

at the Thirteenth General Conference of the International Committee

في المؤتمر العام الثالث عشر للجنة الدولية

for Weights and Measures.

للأوزان والمقاييس.

There are 118 elements on the periodic table,

يوجد 118 عنصرًا في الجدول الدوري،

each with their own unique properties.

ولكل عنصر خصائصه الفريدة.

For this task, the researchers were looking for several things.

لهذا الغرض، كان الباحثون يدرسون عدة أشياء.

The element needed to have long-lived

يحتاج العنصر إلى تذبذب إلكتروني طويل الأمد

and high frequency electron oscillation for precise, long-term timekeeping.

وعالي التردد لعرض الوقت وحفظه بشكل دائم.

To easily track this oscillation,

ولتتبع هذا التذبذب بسهولة،

it also needed to have a reliably measurable quantum spin—

فإنه يحتاج أيضًا إلى أن يكون له دوران كمي يمكن قياسه بشكل موثوق -

meaning the orientation of the axis about which the electron rotates—

بمعنى اتجاه المحور الذي يدور حوله الإلكترون -

as well as a simple energy level structure—

بالإضافة إلى بنية بسيطة لمستوى الطاقة -

meaning the active electrons are few and their state is simple to identify.

مما يعني أن الإلكترونات النشطة قليلة ومن السهل تحديد حالتها.

Finally, it needed to be easy to vaporize.

أخيرًا، يجب أن يكون التبخير سهلًا.

The winning atom? Cesium-133.

ما هي الذرة المُختارة؟ السيزيوم 133.

Cesium was already a popular element for atomic clock research,

كان السيزيوم بالفعل عنصرًا شائعًا في أبحاث الساعة الذرية،

and by 1968, some cesium clocks were even commercially available.

وبحلول عام 1968، كانت بعض ساعات السيزيوم متاحة تجاريًا.

All that was left was to determine how many ticks of a cesium atom

كل ما تبقى هو تحديد عدد الدقات في ذرة السيزيوم خلال الثانية.

were in a second.

The conference used the most precise astronomical measurement

استخدم المؤتمر القياس الفلكي الأكثر دقة

of a second available at the time—

للثانية المتاحة في ذلك الوقت -

beginning with the number of days in a year and dividing down.

بدءًا من عدد الأيام في السنة وصولًا إلى الثانية.

When compared to the atom’s ticking rate,

وعندما تمت مقارنتها بمعدل دقات الذرة،

the results formally defined one second

حددت النتائج رسميًا الثانية الواحدة على أنها تعادل بالضبط

as exactly 9,192,631,770 ticks of a cesium-133 atom.

مليار و 192 مليون

و 631 ألف و 770 نقرة

من ذرة سيزيوم 133.

Today, atomic clocks are used all over the Earth— and beyond it.

تُستخدم اليوم الساعات الذرية في جميع أنحاء الأرض وغير ذلك

From radio signal transmitters to satellites

من أجهزة إرسال الإشارات اللاسلكية وإلى الأقمار الصناعية

for global positioning systems,

لأنظمة تحديد المواقع العالمية.

these devices have been synchronized

تمت مزامنة هذه الأجهزة لمساعدتنا في الحفاظ على وقت متطتبق عالميًا -

to help us maintain a globally consistent time—

with precision that’s second to none.

بدقة لا يعلى عليها.