Who decides how long a second is? - John Kitching

תרגום: Ido Dekkers עריכה: Naama Lieberman

In 1967, researchers from around the world

ב-1967, חוקרים מסביב לעולם

gathered to answer a long-running scientific question—

התכנסו לדון בשאלה מדעית ארוכת שנים --

just how long is a second?

מה אורך השניה?

It might seem obvious at first.

זה אולי נראה ברור בהתחלה.

A second is the tick of a clock,

שניה היא תקתוק של שעון,

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

נדנוד של מטוטלת, הזמן שלוקח לספור עד אחת.

But how precise are those measurements?

אבל כמה מדויקות המדידות האלו?

What is that length based on?

על מה אורכה מבוסס?

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

ואיך אנחנו יכולים להגדיר מדעית את יחידת הזמן הבסיסית?

For most of human history, ancient civilizations

לאורך רוב ההיסטוריה האנושית, ציביליזציות עתיקות

measured time with unique calendars

מדדו זמן בעזרת לוחות שנה ייחודיים

that tracked the steady march of the night sky.

שעקבו אחרי המסע היציב של שמי הלילה.

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

למעשה, השניה כמו שאנחנו מכירים אותה לא נכנסה לשימוש עד שלהי המאה ה-16,

when the Gregorian calendar began to spread across the globe

כשלוח השנה הגרגוריאני התחיל להתפשט ברחבי הגלובוס

alongside British colonialism.

יחד עם הקולוניאליזם הבריטי.

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

לוח השנה הגרגוריאני הגדיר יום כסיבוב בודד של כדור הארץ

about its axis.

סביב צירו.

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

כל יום מחולק ל-24 שעות, כל שעה ל-60 דקות,

and each minute into 60 seconds.

וכל דקה מחולקת ל-60 שניות.

However, when it was first defined,

עם זאת, כשהיא הוגדרה לראשונה,

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

השניה היתה יותר רעיון מתמטי מיחידת מידה שימושית לזמן.

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

מדידת ימים ושעות היתה מספיקה לרוב המטרות של קהילות חקלאיות.

It wasn’t until society became interconnected

זה לא היה עד שהחברה הפכה למחוברת

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

דרך רכבות מהירות, שערים היו צריכות להסכים על מדידת זמן מדויקת.

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

עד שנות ה-50 של המאה ה-20, אין ספור מערכות גלובליות דרשו שכל שניה

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

תיספר בצורה מושלמת, בדיוק רב כלל הניתן.

And what could be more precise than the atomic scale?

ומה יכול להיות מדויק יותר מקנה המידה האטומי?

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

כבר ב-1955, חוקרים החלו לפתח שעונים אטומים,

which relied on the unchanging laws of physics

שהסתמכו על החוקים הלא משתנים של הפיזיקה

to establish a new foundation for timekeeping.

כדי לבסס יסודות חדשים למדידת זמן.

An atom consists of negatively charged electrons

אטום מכיל אלקטרונים עם מטען שלילי

orbiting a positively charged nucleus at a consistent frequency.

שמקיפים גרעין בעל מטען חיובי בתדירות קבועה.

The laws of quantum mechanics keep these electrons in place,

החוקים של מכניקה קוונטית שומרים על האלקטרונים האלה במקום,

but if you expose an atom to an electromagnetic field

אבל אם חושפים אטום לשדה אלקטרומגנטי

such as light or radio waves,

כמו אור או גלי רדיו,

you can slightly disturb an electron’s orientation.

אפשר להפריע מעט למסלול האלקטרון.

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

ואם מזיזים אלקטרון לרגע בתדירות המתאימה,

you can create a vibration that resembles a ticking pendulum.

אפשר ליצור רטט שדומה למטוטלת נעה.

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

בניגוד למטוטלת רגילה שמאבדת אנרגיה במהירות אלקטרונים יכולים לתקתק במשך מאות שנים.

To maintain consistency and make ticks easier to measure,

כדי לשמור על אחידות ולהקל על מדידת התקתוקים,

researchers vaporize the atoms,

חוקרים איידו את האטומים,

converting them to a less interactive and volatile state.

והפכו אותם לפחות מגיבים ורגישים.

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

אבל התהליך הזה לא מאט את התקתוק המהיר מאוד של האטום.

Some atoms can oscillate over nine billion times per second,

יש אטומים שיכולים לרטוט יותר מ-9 מיליארד פעמים בשניה,

giving atomic clocks an unparalleled resolution for measuring time.

מה שנותן לשעונים אטומים דיוק שאין שווה לו למדידת זמן.

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

ומאחר שכל אטום של איזוטופ יסודי מסוים זהה,

two researchers using the same element and the same electromagnetic wave

שני חוקרים שמשתמשים באותו יסוד ובאותו גל אלקטרומגנטי

should produce perfectly consistent clocks.

אמורים לייצר שעונים אחידים באופן מושלם.

But before timekeeping could go fully atomic,

אבל לפני שמדידת הזמן הייתה יכולה להפוך לאטומית לגמרי,

countries had to decide which atom would work best.

מדינות היו צריכות להחליט איזה אטום יעבוד הכי טוב.

This was the discussion in 1967,

זה היה הדיון ב-1967,

at the Thirteenth General Conference of the International Committee

בוועידה השלוש עשרה של הוועדה הבין לאומית

for Weights and Measures.

למשקלים ומידות.

There are 118 elements on the periodic table,

יש 118 יסודות בטבלה המחזורית,

each with their own unique properties.

כל אחד בעל תכונות ייחודיות משלו.

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

למשימה הזו, החוקרים חפשו מספר דברים.

The element needed to have long-lived

היסוד היה צריך חיים ארוכים

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

ואלקטרון עם רטט בתדירות גבוהה למדידת זמן ארוכת טווח ומדויקת.

To easily track this oscillation,

כדי לעקוב בקלות אחרי הרטט,

it also needed to have a reliably measurable quantum spin—

הוא גם היה צריך ספין אטומי שניתן למדוד בצורה אמינה --

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

כלומר כיוון הציר שסביבו האלקטרון רוטט --

as well as a simple energy level structure—

כמו גם מבנה רמות אנרגיה פשוט --

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

כלומר האלקטרונים הפעילים מעטים והמצב שלהם ניתן לזיהוי בקלות.

Finally, it needed to be easy to vaporize.

לבסוף, היה צריך להיות קל לאדות אותו.

The winning atom? Cesium-133.

האטום הזוכה? צזיום-133.

Cesium was already a popular element for atomic clock research,

צזיום כבר היה נפוץ במחקר שעונים אטומיים,

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

וב-1968, אפילו כבר היו כמה שעוני צזיום זמינים לרכישה.

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

כל מה שנשאר היה לקבוע כמה תקתוקים של אטום צזיום

were in a second.

היו בשניה.

The conference used the most precise astronomical measurement

הוועידה השתמשה במידה האסטרונומית המדויקת ביותר

of a second available at the time—

של שניה שהיתה זמינה באותו זמן --

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

החל ממספר הימים וחלוקתם מטה.

When compared to the atom’s ticking rate,

בהשוואה לקצב התקתוק של האטום,

the results formally defined one second

התוצאה הגדירו רשמית כשניה אחת

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

בדיוק 9 מיליארד, 192 מליון, 631 אלף,

ו-770 תקתוקים של צזיום-133.

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

היום, שעונים אטומיים בשימוש בכל העולם -- ומעבר לו.

From radio signal transmitters to satellites

ממשגרי אותות רדיו ללוויינים

for global positioning systems,

ל-GPS,

these devices have been synchronized

המכשירים האלה סונכרנו

to help us maintain a globally consistent time—

כדי לעזור לשמור על זמן גלובלי אחיד --

with precision that’s second to none.

בנאמנות שאין שניה לה.