Секунда как единица измерения времени¶

Секунда — единица измерения времени, основная в Международной системе единиц (СИ), а также в системах СГС и МКС. Обозначается символом «с» (в русском языке) и «s» (в международном контексте). Секунда определяется как промежуток времени, равный 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133. Это определение было принято в 1967 году на XIII Генеральной конференции по мерам и весам и остаётся действующим по настоящее время.

¶История определения

До середины XX века секунда определялась астрономическими методами. Первоначально она составляла 1/86 400 часть средних солнечных суток, которые делятся на 24 часа по 60 минут, каждая минута — на 60 секунд. Однако вращение Земли неравномерно, что приводило к неточности измерений. В 1956 году секунду привязали к эфемеридному времени, основанному на орбитальном движении Земли вокруг Солнца. Эфемеридная секунда определялась как 1/31 556 925,9747 доля тропического года.

С развитием атомной физики появилась возможность создания более стабильных эталонов времени. В 1967 году определение секунды было переведено на атомную основу. Использование цезия-133 было обусловлено высокой стабильностью его атомных переходов и возможностью точного измерения частоты излучения. Современные цезиевые атомные часы обеспечивают точность порядка 10−15, то есть ошибка в одну секунду накапливается за десятки миллионов лет.

¶Кратные и дольные единицы

Для измерения более длительных интервалов используются производные единицы: минута (60 секунд), час (3600 секунд), сутки (86 400 секунд). Эти единицы не входят в СИ, но допускаются к использованию наравне с основными. Для научных и технических целей применяются десятичные приставки: миллисекунда (10−3 с), микросекунда (10−6 с), наносекунда (10−9 с), пикосекунда (10−12 с) и далее вплоть до аттосекунд (10−18 с). Для больших промежутков используются килосекунды, мегасекунды и гигасекунды, однако на практике они применяются редко, уступая место традиционным единицам.

¶Координация времени

Атомная секунда легла в основу Международного атомного времени (TAI), которое формируется путём усреднения показаний около 400 атомных часов, расположенных в метрологических институтах по всему миру. Однако гражданское время должно быть согласовано с вращением Земли, поэтому была введена система всемирного координированного времени (UTC). UTC отличается от TAI на целое число секунд, которое корректируется добавлением или удалением високосной секунды для компенсации замедления вращения планеты. Решение о введении високосной секунды принимает Международная служба вращения Земли. С 1972 года было добавлено 27 високосных секунд, последняя — 31 декабря 2016 года.

¶Секунда в науке и технике

Секунда является базовой величиной для определения других единиц измерения. Например, метр определяется как расстояние, которое свет проходит в вакууме за 1/299 792 458 долю секунды. Ампер, кельвин и другие единицы также частично привязаны к секунде через физические константы.

В физике секунда используется для измерения периодов колебаний, скоростей, ускорений и множества других величин. В астрономии применяются световые секунды для описания расстояний в пределах Солнечной системы: среднее расстояние от Земли до Луны составляет около 1,28 световой секунды, до Солнца — примерно 500 световых секунд. В квантовой механике и физике элементарных частиц используются фемтосекунды и аттосекунды для описания времени жизни короткоживущих частиц и длительности сверхбыстрых процессов, таких как движение электронов в атомах.

¶Секунда в повседневной жизни

В быту секунда воспринимается как короткий промежуток времени, примерно равный одному удару пульса человека в спокойном состоянии или одному хлопку в ладоши. Секунда используется в спорте для фиксации результатов, на транспорте — для расписаний движения, в связи — для синхронизации передачи данных. В русском языке существует устойчивое выражение «секунду», означающее просьбу подождать короткое время.

¶Интересные факты

Точность современных атомных часов такова, что если бы они начали работать в момент Большого взрыва, то к настоящему времени их погрешность составила бы менее одной секунды. В то же время некоторые физические процессы протекают за доли секунды: вспышка света длится около 10−15 секунды, а время жизни некоторых резонансных частиц не превышает 10−23 секунды. Самая короткая из измеренных длительностей — 247 зептосекунд (10−21 с) — была зафиксирована в 2010 году при прохождении фотона через молекулу водорода.

¶Источники

• Международный документ «Брошюра СИ: Международная система единиц», 9-е издание, 2019.
• ГОСТ 8.417-2002 «Государственная система обеспечения единства измерений. Единицы величин».
• Материалы Международного бюро мер и весов (BIPM) о секунде и шкалах времени.