Who decides how long a second is? - John Kitching

Μετάφραση: Apostolis Tsiougkos Επιμέλεια: Giannis Tsiougkos

In 1967, researchers from around the world

Το 1967, ερευνητές από όλον τον κόσμο

gathered to answer a long-running scientific question—

μαζεύτηκαν για να απαντήσουν ένα αιώνιο επιστημονικό ερώτημα:

just how long is a second?

Πόσο διαρκεί, αλήθεια, ένα δευτερόλεπτο;

It might seem obvious at first.

Ίσως η απάντηση μοιάζει προφανής αρχικά.

A second is the tick of a clock,

Ένα δεύτερο είναι ο χτύπος του ρολογιού,

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

η ταλάντωση ενός εκκρεμούς, ο χρόνος που χρειάζεται για να μετρήσουμε ως το 1.

But how precise are those measurements?

Όμως, πόσο ακριβείς είναι αυτές οι μετρήσεις;

What is that length based on?

Σε τι βασίζεται αυτή η διάρκεια;

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

Και πώς μπορούμε να ορίσουμε επιστημονικά αυτή τη θεμελιώδη μονάδα του χρόνου;

For most of human history, ancient civilizations

Στο μεγαλύτερο μέρος της ιστορίας του ανθρώπου, αρχαίοι πολιτισμοί

measured time with unique calendars

μετρούσαν τον χρόνο με μοναδικά ημερολόγια

that tracked the steady march of the night sky.

που ακολουθούσαν τη σταθερή πορεία του νυχτερινού ουρανού.

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

Μάλιστα, το σημερινό δευτερόλεπτο εισήχθη στα τέλη του 16ου αιώνα,

when the Gregorian calendar began to spread across the globe

όταν το Γρηγοριανό ημερολόγιο άρχισε να μεταδίδεται σε όλον τον κόσμο

alongside British colonialism.

μαζί με την Βρετανική αποικιοκρατία.

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

Το Γρηγοριανό ημερολόγιο όρισε ως μέρα μία περιστροφή της Γης

about its axis.

γύρω από τον άξονά της.

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

Κάθε μέρα μπορούσε να διαιρεθεί σε 24 ώρες, κάθε ώρα σε 60 λεπτά,

and each minute into 60 seconds.

και κάθε λεπτό σε 60 δευτερόλεπτα.

However, when it was first defined,

Ωστόσο, όταν πρωτο-ορίστηκε,

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

το δευτερόλεπτο ήταν κυρίως μια μαθηματική ιδέα,

παρά μια χρήσιμη μονάδα χρόνου.

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

Η μέτρηση των ημερών και των ωρών αρκούσε για τις περισσότερες εργασίες

στις αγροτικές κοινότητες.

It wasn’t until society became interconnected

Μόλις η κοινωνία διασυνδέθηκε

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

μέσω ταχέων σιδηροδρόμων, οι πόλεις χρειάστηκε να συμφωνήσουν

σε μια ακριβή μέτρηση του χρόνου.

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

Τη δεκαετία του ’50, πολλά παγκόσμια συστήματα απαιτούσαν κάθε δευτερόλεπτο

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

να είναι τέλεια υπολογισμένο, με τη μεγαλύτερη δυνατή ακρίβεια.

And what could be more precise than the atomic scale?

Και τι θα μπορούσε να είναι πιο ακριβές από την ατομική κλίμακα;

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

Ήδη από το 1955, ερευνητές άρχισαν να αναπτύσσουν ατομικά ρολόγια,

which relied on the unchanging laws of physics

που βασίζονταν στους αμετάβλητους νόμους της Φυσικής

to establish a new foundation for timekeeping.

για να δημιουργήσουν μια νέα βάση για την μέτρηση του χρόνου.

An atom consists of negatively charged electrons

Ένα άτομο συνίσταται από αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια

orbiting a positively charged nucleus at a consistent frequency.

περιστρεφόμενα γύρω από έναν θετικά φορτισμένο πυρήνα με σταθερή συχνότητα.

The laws of quantum mechanics keep these electrons in place,

Οι νόμοι της κβαντικής μηχανικής κρατούν αυτά τα ηλεκτρόνια στη θέση τους,

but if you expose an atom to an electromagnetic field

αλλά αν εκθέσετε ένα άτομο σε ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο

such as light or radio waves,

όπως το φως ή τα ραδιοκύματα,

you can slightly disturb an electron’s orientation.

μπορείτε να διαταράξετε ελαφρώς τον προσανατολισμό ενός ηλεκτρονίου.

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

Και αν φέρετε για λίγο ένα ηλεκτρόνιο στη σωστή συχνότητα,

you can create a vibration that resembles a ticking pendulum.

μπορείτε να δημιουργήσετε μία δόνηση που μοιάζει με ταλαντευόμενο εκκρεμές.

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

Αντίθετα με άλλα εκκρεμή που χάνουν γρήγορα ενέργεια,

τα ηλεκτρόνια μπορούν να χτυπούν για αιώνες.

To maintain consistency and make ticks easier to measure,

Για να διατηρούν μια συνοχή και να κάνουν τους χτύπους εύκολα μετρήσιμους,

researchers vaporize the atoms,

οι ερευνητές εξατμίζουν τα άτομα,

converting them to a less interactive and volatile state.

προσδίδοντάς τους μια λιγότερο διαδραστική και ρευστή υπόσταση.

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

Όμως, αυτή η διαδικασία δεν επιβραδύνει

τον εξαιρετικά γρήγορο ρυθμό ταλάντωσης του ατόμου.

Some atoms can oscillate over nine billion times per second,

Μερικά άτομα ταλαντώνονται πάνω από 9 δισεκατομμύρια φορές το δευτερόλεπτο

giving atomic clocks an unparalleled resolution for measuring time.

δίνοντας στα ατομικά ρολόγια ένα αδιαμφισβήτητο προβάδισμα

στη μέτρηση του χρόνου.

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

Και εφόσον κάθε άτομο ενός ορισμένου στοιχειακού ισοτόπου είναι πανομοιότυπο,

two researchers using the same element and the same electromagnetic wave

δύο ερευνητές που χρησιμοποιούν ίδια στοιχεία και ηλεκτρομαγνητικά κύματα

should produce perfectly consistent clocks.

θα πρέπει να παραγάγουν εντελώς συνεπή ρολόγια.

But before timekeeping could go fully atomic,

Αλλά προτού η μέτρηση του χρόνου γίνει πλήρως ατομική,

countries had to decide which atom would work best.

οι χώρες έπρεπε να αποφασίσουν ποιο άτομο θα λειτουργούσε καλύτερα.

This was the discussion in 1967,

Αυτή ήταν η συζήτηση το 1967,

at the Thirteenth General Conference of the International Committee

στη 13η Γενική Διάσκεψη της Διεθνούς Επιτροπής

for Weights and Measures.

σχετικά με τα Βάρη και τις Μετρήσεις.

There are 118 elements on the periodic table,

Υπάρχουν 118 στοιχεία στον περιοδικό πίνακα,

each with their own unique properties.

το καθένα με τις δικές του μοναδικές ιδιότητες.

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

Για αυτό το έργο, οι ερευνητές έψαχναν αρκετά πράγματα.

The element needed to have long-lived

Το στοιχείο χρειαζόταν να έχει μακράς διάρκειας

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

και υψηλής συχνότητας ταλάντωση ηλεκτρονίων,

για ακριβή και μακροπρόθεσμη μέτρηση του χρόνου.

To easily track this oscillation,

Για να παρακολουθείται εύκολα αυτή η ταλάντωση,

it also needed to have a reliably measurable quantum spin—

χρειαζόταν επίσης μια αξιόπιστα μετρήσιμη κβαντική περιστροφή,

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

δηλαδή τον προσανατολισμό του άξονα

γύρω από τον οποίο περιστρέφεται το ηλεκτρόνιο,

as well as a simple energy level structure—

καθώς και μια απλή δομή ενεργειακού επιπέδου,

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

δηλαδή τα ενεργά ηλεκτρόνια να είναι λίγα και η κατάστασή τους αναγνωρίσιμη.

Finally, it needed to be easy to vaporize.

Τέλος, έπρεπε να εξατμίζεται εύκολα.

The winning atom? Cesium-133.

To νικητήριο άτομο; Το Καίσιο-133.

Cesium was already a popular element for atomic clock research,

Το Καίσιο ήταν ήδη δημοφιλές στοιχείο στην έρευνα για το ατομικό ρολόι,

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

και το 1968, ήδη κάποια ρολόγια καισίου ήταν ακόμη και διαθέσιμα στο εμπόριο.

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

Έμενε μόνο να προσδιοριστεί πόσοι χτύποι ενός ατόμου καισίου

were in a second.

συνιστούσαν ένα δευτερόλεπτο.

The conference used the most precise astronomical measurement

Η διάσκεψη χρησιμοποίησε την πιο ακριβή αστρονομική μέτρηση

of a second available at the time—

ενός δευτερολέπτου που ήταν τότε διαθέσιμη,

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

ξεκινώντας από τον αριθμό των ημερών σε έναν χρόνο και διαιρώντας διαδοχικά.

When compared to the atom’s ticking rate,

Στη σύγκριση με τον ρυθμό ταλάντωσης του ατόμου,

the results formally defined one second

τα αποτελέσματα επισήμως όριζαν το ένα δευτερόλεπτο

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

ως ακριβώς

9,192,631,770

χτύπους ενός ατόμου Καισίου-133.

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

Σήμερα, τα ατομικά ρολόγια χρησιμοποιούνται σε όλη τη Γη κι όχι μόνο.

From radio signal transmitters to satellites

Από πομπούς ραδιοφωνικού σήματος μέχρι τους δορυφόρους

for global positioning systems,

για παγκόσμια συστήματα εντοπισμού,

these devices have been synchronized

αυτές οι συσκευές έχουν συγχρονιστεί

to help us maintain a globally consistent time—

για να μας βοηθούν να διατηρούμε έναν παγκόσμια συνεπή χρόνο

with precision that’s second to none.

με ασυναγώνιστη ακρίβεια.