Секунда

Формальное определение

Секунда (обозначение: с, международное: s) — базовая единица времени в Международной системе единиц (СИ). С 1967 года определяется как продолжительность 9 192 631 770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133 в покое при абсолютном нуле.

Секунда — единственная базовая единица времени в СИ. Все остальные единицы — от наносекунды до года — производятся от неё. Метр определяется через скорость света (расстояние, которое свет проходит за 1/299 792 458 с).

Точность

Цезиевые атомные часы точны до одной секунды за 300 000 лет. Оптические часы на стронции или иттербии достигают точности в 10⁻¹⁸ — одна секунда за возраст Вселенной.

Латинские корни

Слово «секунда» происходит от средневекового латинского «secunda minuta» — «вторая малая часть». Час делился на 60 «минутных» частей (от «pars minuta prima» — первое малое деление), а каждая минута — на 60 «вторых» частей. Шестидесятеричная система унаследована от вавилонской математики.

Вавилонское наследие

Вавилоняне использовали систему счисления с основанием 60 для астрономических расчётов с 2000 г. до н.э. Деление часа на 60 минут и 3600 секунд — прямое наследие этой системы, сохранившееся более четырёх тысячелетий.

Астрономические истоки

Большую часть истории секунда определялась как доля суток. Египтяне разделили день на 12 часов около 1500 г. до н.э. К XVII веку механические часы с секундной стрелкой сделали секунду практической единицей. Секунда = 1/86 400 средних солнечных суток.

Эфемеридное время

К середине XX века стало ясно, что вращение Земли неравномерно. В 1956 году секунда была переопределена через тропический год 1900. В 1960 году ГКМВ приняла это определение.

Атомное определение

В 1967 году 13-я ГКМВ переопределила секунду через сверхтонкий переход цезия-133. Луис Эссен и Джек Парри построили первые точные цезиевые часы в 1955 году. Атомная секунда не менялась с 1967 года.

Будущее переопределение

Оптические атомные часы превосходят цезиевые в 100–1000 раз. Переопределение секунды на основе оптического перехода (стронций-87 или иттербий-171) ожидается около 2030 года.

Всемирное хронометрирование

Всемирное координированное время (UTC) поддерживается сетью более 400 атомных часов. Секунды високосные (leap seconds) добавляются для синхронизации с вращением Земли.

Технологии

Частота процессоров — миллиарды тактов в секунду (ГГц). Сетевая задержка — миллисекунды. Финансовые транзакции — микросекунды.

Наука

Скорость света = 299 792 458 м/с. Ускорение свободного падения ≈ 9,81 м/с². Пульс измеряется в ударах в минуту.

Повседневность

Светофоры отсчитывают секунды. Микроволновые печи устанавливаются в секундах. Спортивные интервалы, кулинарные таймеры — всюду секунды.

Спорт

Мировой рекорд на 100 м — 9,58 с (Усэйн Болт). Плавание — до сотых секунды. Формула-1 — до тысячных.

Музыка

Темп в BPM: при 120 BPM каждый удар длится 0,5 с. Человек различает ритмические отклонения от 10–20 мс.

Фундаментальная физика

Секунда входит во все физические величины: скорость света, гравитационная постоянная, постоянная Планка. Каждая механическая, электромагнитная и термическая величина содержит секунду.

Атомная физика и метрология

Частота перехода цезия-133 (9 192 631 770 Гц) — одна из наиболее точно измеренных величин. Оптические часы измеряют частоты 10¹⁴–10¹⁵ Гц с неопределённостью ниже 10⁻¹⁸.

GPS и навигация

GPS опирается на точное измерение времени. Ошибка в 1 наносекунду вызывает ошибку позиции ~30 см. Спутники GPS несут атомные часы, синхронизированные до миллиардных долей секунды.