Kuinka monta sekuntia on kulunut tammikuun 1. päivästä 1972?
Vaikka tämä luku on erittäin suuri, se on melko yksinkertaisesti laskettu. Kerro vuosien määrä (äläkä unohda karkausvuosia!) vuoden päivien määrällä vuorokauden tuntien määrällä minuuttien määrällä tunnissa sekuntien määrällä minuutissa javoilà:1 371 513 600 sekuntia keskiyöllä 29. kesäkuuta 2015.
Paitsi että se ei ole oikein. Jätämme karkaussekunnit pois. Harppaussekuntia, kysyt? Kyllä, karkaussekunteja. Niitä on ollut 26, ja numero 27 on aivan nurkan takana: se liitetään maailmanlaajuiseen kelloon kello 1.00 Lontoon aikaa 1. heinäkuuta.
Karkaussekunti on lähes paradoksi. Se hämmentää kaikki yleiset ajan määritelmät. Käsitteellisesti se on tapa yhdistää kaikki tapamme mitata aikaa. Todellisuudessa se on vain yritys säilyttää vanha määritelmä, joka on jo kauan sitten korvattu uudemmilla menetelmillä. Tässä prosessissa harppauskakkonen – ilman omaa syytään – vaarantaa lukemattomat kriittiset tietokonejärjestelmät ympäri maailmaa. Ja se pakottaa jopa ihmiset, joiden tehtävänä on hallita maailman karkaussekuntitarjontaa, harkitsemaan niistä eroon pääsemistä kokonaan.
Mikä on sekunti?
Ymmärtääksesi hyppysekunnin sinun on ensin ymmärrettävä, mikä on normaali sekunti.
Tiedämme, että vuorokaudessa on 24 tuntia, tunnissa 60 minuuttia ja minuutissa 60 sekuntia. Niin tehokkaasti, sekunti on 1/86 400 päivästä. Mutta mikä on päivän pituus?
Useimmissa osissa maailmaa on melko helppoa tietää ero eilisen ja tämän päivän välillä. Muista, että aurinko nousi ja sitten laski, nukuimme hetken ja nyt olemme ylös ja aurinko on taas taivaalla. (Elämä arktisilla ja antarktisilla piireillä voi muuttua hankalammaksi.)
Tämän mittauksen tarkkuuden lisääminen ei myöskään ole liian vaikeaa. Merkitse kokonaisen päivän kulumista seuraamalla aurinkoa taivaalla, kunnes se pysähtyy nousemaan, ja merkitse hetki ennen kuin se alkaa laskea. Anna sille hetkelle nimi – sanotaan "keskipäivä". Joka kerta kun vietämme keskipäivää, tiedämme, että päivä on kulunut.
Ajan jakaminen keskipäivästä puoleenpäivään käy huijaukseksi. Sivilisaatiot ovat käyttäneet kaikenlaisia laitteita tehdäkseen tämän – laitteita, jotka ovat riippuvaisia virtaavasta veteen tai putoavasta hiekasta, tai sulavista kynttilöitä, tai ankkuroituja painoja tai purkavia jousia tai jotain muuta. Oletetaan, että meillä on yksi näistä laitteista. Sanotaan myös, että tämä laite on täysin tarkka; se mittaa aina tarkan ajan, jolle olemme kalibroineet sen.
Joten kalibroimme sen tikkumaan joka tunti eilen keskipäivästä tänään. Joka kerta kun näemme keskipäivän, tuon auringon korkeimman pisteen, valitsemme päivän.
Kolmenkymmenen päivän kuluttua ymmärrämme kuitenkin jotain: aika, joka kuluu eilen keskipäivästä tänään puoleenpäivään, on hitaasti muuttumassa.
Syy on tämä: Auringon liikkeen havainnointi on tietysti vastine maapallon pyörimisen tarkkailuun. Ja tämän pyörimisen nopeus – päivän pituus – vaihtelee.
Osa – suuri osa – syy tähän on se, että maapallon kiertorata auringon ympäri ei ole täydellinen ympyrä vaan ellipsi, joten määrä, jolla maapallon on pyörittävä joka päivä tietyssä pinnan pisteessä, jotta aurinko olisi jälleen suoraan yläpuolella, vaihtelee vuoden aikana. Muutokset ilmakehässä, jäätiköt, tektoniset muutokset, valtamerten turvotus ja jopa maaperän kosteus aiheuttavat kuitenkin jatkuvasti pieniä vaihteluita maan muodossa. Aivan kuten taitoluistelija pyörii nopeammin tai hitaammin kehonsa muodosta riippuen, niin myös maapallo.
Vuorovedet vaikuttavat myös maan pyörimiseen, kitkan merenpohjan kanssa sekä törmäävien aaltojen ja virtaavien aaltojen kautta. Maan geologisten kuorien – sisäytimen, ulkoytimen ja vaipan – erilliset liikkeetpyörii eri nopeuksillaon myös omat vaikutuksensa.
Tässä piilee ensimmäinen ongelma. Jos määritämme toisen 1/86 400 jostakin päivästä, se ei täytä määritelmää useimpina päivinä.
Tiedemiehet ovat tienneet tämänlähellä vuosisataaSellaisenaan sekunnin pituus ei alun perin määritelty 1/86 400 vuorokaudeksi, vaan 1/86 400 vuorokaudesta.keskivertopäivä.
Mutta keskimääräinen päivä ei myöskään ole vakio vuodesta toiseen. Ensinnäkin siksi, että tilastollisesti katsoen, kun jokainen vuosi koostuu vaihtelevan pituisista päivistä, jotkin vuodet päätyvät keskimäärin hieman pidempiin päiviin kuin toiset. Ja toiseksi, koska maapallon pyöriminen hidastuu hyvin vähitellen.
Kuten Yhdysvaltain laivaston observatorion päätutkija Demetrios Matsakis sanoo: "Ongelma on, että maapallo on surkea kello."
Uusi toinen
Heti kun se oli käytännöllistä, tutkijat asettivat tavoitteekseen määrittää sekuntimittauksen, joka olisi johdonmukainen tästä hetkestä aikojen loppuun asti. Vuonna 1967 he ottivat käyttöön atomistandardin.
Kun anatomi hyppää energiatilasta toiseen, se säteilee. Tietyllä energiatilaparilla säteilyllä on aina täsmälleen sama taajuus fysiikan peruslakien sanelemana. Se on siis luotettavasti vakio mitta, joka pätee kaikkialla. Vuonna 1967 toinen määriteltiin tietynlaisen atomin – cesiumin – säteilyn jaksojen määräksi, joka hyppää kahden tietyn energiatilan välillä.
Mutta tietysti päättääkseen, kuinka monta tällaista sykliä muodostivat sekunnin, tiedemiesten oli ensin valittava sekunti laskeakseen ne. Tämä osoittautui jokseenkin mielivaltaiseksi prosessiksi.
Historiallisista syistä he päättivät käyttää keskimääräistä sekuntia vuonna 1900 – eli 1/86 400 vuoden 1900 keskimääräisestä päivästä. Paitsi he eivät tehneet. Koska kaikki tämä tapahtui useita vuosikymmeniä vuoden 1900 jälkeen, tiedemiehet eivät pystyneet suoraan mittaamaan keskimääräisen päivän pituutta vuonna 1900. Sen sijaan he käyttivät parhaita saatavilla olevia lukuja, jotka osoittautuivat keskimääräisen päivän pituudeksi vuonna 1900.oliennustettuollaviisi vuotta etukäteen, vuonna 1895.
Joten nykyaikainen sekunnin määritelmä on 9 192 631 770 sykliä cesiumatomin säteilystä, joka hyppää kahden tietyn energiatilan välillä, koska näin monta sykliä kesti täyttää 1/86 400 siitä, mitä vuoden 1900 keskimääräisen päivän ennustettiin olevan vuonna 1895.
US Naval Observatoryn Master Clock on kalibroitu tähän määritelmään. GPS-satelliittien kellot on kalibroitu tähän määritelmään. Melkein jokainen kello maailmassa, oli se sitten puhelimen tai auton sisällä, on jollain tavalla – suoraan tai epäsuorasti – kalibroitu tähän sekunnin määritelmään. Ja se on määritelmä, joka poimittiin lähes satunnaisesti vaihtelevasti pyörivän maan tarjoamien mahdollisten sekuntien joukosta.
Mo tarkkuus mo ongelma
Näin tarkalla sekunnin määritelmällä olemme erottaneet maapallon liikkeen ajasta. Yksi päivä ei ole enää täsmälleen 86 400 sekuntia. Ja kun otetaan huomioon mielivaltainen tapa, jolla vakiosekunnin pituus valittiin, oli melko väistämätöntä, että se osoittautui joko aina niin vähän lyhyemmäksi kuin 1/86 400 keskimääräisestä päivästä vuosikymmeniä myöhemmin tai aina niin vähän pidemmäksi. .
Osoittautuu, että se on lyhyellä puolella.
Tiedemies tiesi tämän tapahtuvan, kun he määrittelivät koordinoidun maailmanajan - maailmanlaajuisen siviiliajan standardin - määrittelyä. Kompensoimiseksi he tarkensivat, että tämä lyhenteellä UTC oleva aikaskaalaus ei saisi koskaan poiketa enempää kuin 0,9 sekuntia maan kiertoliikkeestä. He sanoivat, että ajoittain, tarpeen mukaan, yksi sekunti tulisi lisätä kelloihin tai poistaa kelloista, jotta ne saadaan kohdistetuksi maan pyörimisen kanssa. On osoittautunut tarpeelliseksi lisätä sekunteja niiden poistamisen sijaan. Näin syntyi karkauskakkonen.
Kansainvälisen maan kierto- ja vertailujärjestelmäpalvelun (IERS) tutkijoiden tehtävä on päättää, milloin lisätä harppausekunti. Ne määrittävät maan pyörimisnopeuden osoittamalla radioteleskoopit ympäri maailmaa samaan kvasaariin samanaikaisesti. Vertaamalla kunkin kaukoputken mittauksia muihin ne voivat määrittää maan pyörimisen (ja huojunnan) lisäksi myös tektonisia siirtymiä kolmiomittausmenetelmien avulla.
Sen sijaan primitiivisellä laitteellamme ennen keskipäivän ja puolen päivän mittaamista vuorokauden pituuden vaihtelut johtuivat enimmäkseen maapallon elliptisestä radasta, IERS:n radioteleskooppien tarkkuudesta yhdistettynä muihin menetelmiin (kuten laserien pomppiminen kuusta ja GPS-satelliittien seuranta), voimme mitata päivän pituuden erittäin tarkasti. Kun IERS havaitsee, että maa putoaa liian kauas UTC:n takaa, se vaatii harppaussekuntia.
Harkkaussekuntien sisällyttämisestä UTC:hen on tullut perinne ihmisten keskuudessa, jotka pitävät aikaa – ainakin tieteellisesti – kaikkialla maailmassa. Ilmeisesti vuosisadan puolivälin tiedemiehet luulivat tekevänsä meille kaikille palveluksen. Merimiehet ja tähtitieteilijät luottivat tarkkaan aikaan vahvistaakseen taivaankappaleiden sijainnin navigointia ja tutkimusta varten. Ilman karkaussekunteja heidän tähtikartansa olisivat vähitellen ajautuneet pois tahdista taivaan kanssa.
Mutta kun muut konsortiot ja organisaatiot ottavat käyttöön aikariippuvaisia järjestelmiä, niiden on päätettävä synkronoida ne atomikelloon, UTC:hen vai johonkin muuhun.
GPS-järjestelmä valitsi jotain muuta. Jokaisessa GPS-satelliitissa on atomikello, joka laskee rubidiumatomin säteilyn vaihtelut. (Rubidiumkellot ovathieman epätarkempimutta kannettavampi kuin cesiumkellot.) GPS-aikaskaala alkoi vuonna 1980 synkronoituna UTC:n kanssa, mutta sen jälkeen se ei ole ottanut käyttöön yhtään karkaussekuntia. Toisaalta Glonass, venäläinen, GPS:n kilpailija, paikannusjärjestelmä, on synkronoitu UTC:hen, ja toisin kuin GPS, se tarkkailee karkaussekunteja.
Tarkkuus kasvaa
Ajan tarkkuuden lisääntyminen tuli vastauksena yhä organisoidumman planeetan vaatimuksiin.
Oli aika, jolloin jos kello kävi viiden tai kymmenen minuutin nopeasti päivän aikana, sillä ei ollut väliä. Kaikkien kellot olivat näin epätarkkoja, ja useimmat toiminnot eivät vaatineet tuntikohtaista synkronointia. Viljelijän ei tarvitse päästää lehmiä ulos klo 6. Maanviljelijä päästää lehmät ulos aamulla.
Jopa kaupunkielämän kehittyessä aika oli paikallista päättäväisyyttä. Keskipäivä oli silloin, kun pankin tai kaupungintalon kello sanoi keskipäivää. Ei ollut edes takeita siitä, että pankki ja kaupungintalo suostuisivat laittamaan kelloihinsa saman ajan. Ja mitä tulee kelloon muutaman kaupungin päässä, puhumattakaan maan toisella puolella, sillä ei ollut väliä, näyttikö se samaa aikaa, koska sinne ei ollut mahdollista päästä tarpeeksi nopeasti nähdäkseen eron.
Rautateiden nousu muutti kaiken. Kaupunkien oli synkronoitava kellonsa rautatien kellon kanssa, jotta matkustajat tiesivät, milloin junia odottaa. Rautatien ei voitu odottaa julkaisevan aikatauluja kunkin kaupungin pankissa tai kaupungintalossa ilmoitettua aikaa käyttäen – ne voivat olla villisti synkronoituja ja ne voidaan nollata milloin tahansa.
Siitä lähtien tarkkuusvaatimus on kasvanut. Liikennevalojen synkronointi vaatii parempaa kuin minuutin tarkkuutta. Puhelimet, älypuhelimet, internet ja GPS synkronoituvat alle sekunnin tarkkuudella. TheNASDAQ ilmoitti äskettäinettä tästä lokakuusta lähtien se lisää aikaleimojensa tarkkuutta sisältämään nanosekunnit.
Mutta tässä on asia: mikään näistä laitteista ei riipu auringon sijainnista. Maan pyöriminen ja UTC saattavat hitaasti siirtyä tahdista, kunnes kello 12 on keskellä yötä, mutta atomikellot näyttäisivät silti ajan tarkasti, GPS-vastaanottimet paikantaisivat sinut edelleen tarkasti ja junat kulkeisivat edelleen aikatauluinsa.
Tapaus karkaussekunnin luopumiseen
Joten miksi hyppy toiseksi tarvitaan? Vaikka se oli aikoinaan kätevää tähtitieteilijöille ja merenkulkijoille, kumpikaan ryhmä ei enää luota voimakkaasti UTC:hen." Yksi sekunti on liian karkea tarkkaan tähtitiedeeseen", sanoo Matsakis, joka on itsekin tähtitieteilijä. "Radiotähtitieteilijät menevät IERSiin" tietääkseen maan tarkan pyörimisen "kellojen sijaan". Mitä tulee merenkulkijoihin, he käyttävät nyt tietysti GPS:ää navigointiin, jossa ei ole karkaussekunteja.
Joten tärkein sekuntien lisääminen UTC:hen näyttää varmistavan, että se, minkä me ihmiset koemme keskipäivänä – aurinko taivaan korkeimmassa kohdassa – on myös sitä, mitä kellomme sanovat keskipäivän olevan. Mutta onko sillä oikeasti väliä?
Jopa UTC:n pitäjät näyttävät epäilevän sitä. "Auringon ja ajan välillä on tämä väärä korrelaatio", sanoo Elisa Felicitas Arias, Bureau International des Poids et Mésuresin aikaosaston johtaja – maailman aikastandardin valvojat. Ilman harppaussekuntia, hän sanoo, "Eräänä päivänä sinä syöt aamiaisen keskipäivällä, mutta en minä – tämä tapahtuu tuhansien ja tuhansien vuosien kuluttua." Nopeus, jolla aika hiipii pois maan pyörimisestä, jää täysin huomaamatta keneltäkään, joka vain jatkaa elämäänsä. Lapset kokevat lähes identtiset auringonnousun, keskipäivän ja auringonlaskun ajankohdat vanhempiensa, isovanhempiensa ja isovanhempiensa kanssa.
Itse asiassa useimpien ihmisten paikallinen aika on aikavyöhykkeiden takia jo pahasti ristiriidassa maan pyörimisen ja auringon sijainnin kanssa. Lisäksi vuoden aikana aurinkopäivän pituus vaihtelee jopa 16 minuuttia.
Aika, kuten useimmat ihmiset kokevat, on poliittinen rakennelma, ei tieteellinen.
Joten jos elämme jo maailmassa, jossa tämän tyyppistä epätarkkuutta suvaitsemme, miksi emme antaisi maan ajautua pois tahdista kellojen kanssa sekunnin välein muutaman vuoden välein? Tällä vauhdilla 100 vuoden kuluttua olemme antaneet maapallon poiketa hieman yli minuutin, ja kuluu 5 800 vuotta ennen kuin kellot poikkeavat tunnilla – muutos, jota kesäaikaa käyttävät maat tekevät tällä hetkellä kaksi kertaa vuodessa. Se on kauempana tulevaisuudessa kuin kirjoittamisen keksintö menneisyydessä.
Eräänä päivänä jälkeläisemme katsovat taaksepäin ajoitusjärjestelmiimme samalla tavalla kuin me katsomme esi-isiemme nuolenkirjoitusta.
Huonot ohjelmoijat
Saattaa siis tuntua, että sekuntihyppy on pahin vaaraton anakronismi. Mutta itse asiassa ne voivat olla vaarallisia asioita. Kun yhä useammat järjestelmät digitalisoituvat ja yhdistetään toisiinsa, riski siitä, että jotain pahaa tapahtuu, kasvaa, kun karkaussekunti lisätään.
Tietokonejärjestelmä, joka ei sopeutunut karkaussekuntiin, saattaa hämmentää tietokoneen, joka niin teki lähettämällä näennäisesti tietoa, joka näyttää tulevan tulevaisuudesta. Monia tietokonejärjestelmiä ja ohjelmia ei suunniteltu ottamaan huomioon karkaussekunteja; niitä kehittäneet ohjelmoijat eivät uskoneet, että päivä voisi olla pidempi kuin 86 400 sekuntia. Matsakisin US Naval Observatoryn mukaan yksi nanosekunti – se on yksi sekunnin miljardisosa – GPS-kellon poikkeama antaa epätarkan sijainnin jalan (0,3 metrin) verran, joten virheellinen lisäys karkaussekunnissa satelliittipohjaiseen paikannusjärjestelmään voi olla tuhoisa.
Jopa Yhdysvaltain laivaston observatorion ulkopuolella oleva digitaalinen kello – Yhdysvaltain viralliset ajan pitäjät – ei näytä kellonaikaa oikein neljään tuntiin karkaussekunnin lisäämisen jälkeen, johtuen kellon valmistajan kirjoittamasta koodista, Matsakisin mukaan. (Päivittää:30. kesäkuuta: Matsakis kertoo Quartzille, että GPS-vastaanotin on kellossaon vaihdettu ja sen odotetaan näyttävän oikean ajan karkaussekuntia käytettäessä.)
Yritykset käsittelevät tulevaa kakkoskohtaa 30. kesäkuuta monin eri tavoin. Jotkut Yhdysvaltain pörssit ovatavaamisen viivyttäminen tai sulkemisen edistäminentiettyjen kaupankäyntimarkkinoiden (maksumuuri) varotoimenpiteenä, jotta karkaussekunti ei putoa kaupankäyntiaikoina. Amazon ja Google "skelevät" karkaussekunnin soveltamista, mikä tarkoittaa, että sen sijaan, että lisäisivät ylimääräistä sekuntia palvelimiensa kelloihin klo 23:59:59 UTC ja 00:00:00 UTC välisenä aikana, he tekevät ensimmäiset sekunnit. keskiyöhön UTC hieman pidempään, joten karkaussekunti työntää kellonsa takaisin UTC:n synkronointiin.
Japanin rahoituspörssitkin tahraavat sekunteja ennen muutosta. Australian ja Etelä-Korean markkinat tahraavat sekunteja heti karkaussekunnin jälkeen. Singaporen markkinat lykkäsivät muutoksen toteuttamista markkinoiden sulkeutumisen jälkeen. Japanilainen aikaleimaviranomainen – palvelu digitaalisten asiakirjojen todentamiseksi – sulkeutuu hetkeksi, kun karkaussekuntia käytetään.
Ja vaikka pörssit voivat testata omia järjestelmiään varmistaakseen, että ne toimivat edelleen oikein, kun harppaussekunti tulee, ne eivät voi taata, kuinka niihin yhdistävät kolmannen osapuolen järjestelmät reagoivat. Nämä kolmannet osapuolet yrittävät välttää kohtaloa, joka iski yrityksiin, kuten Qantas, Gawker, Reddit, Foursquare ja Yelpring aikaisempien harppaussekunnin lisäysten aikana. Kaikki kärsivät toimintahäiriöistä uutisraporttien mukaan.
Tulevaisuus ilman karkaussekunteja
Karkaussekuntien käytön jatkamisesta äänestetään marraskuussa Genevessä järjestettävässä maailman radioviestintäkonferenssissa. Joten on mahdollista, että tämä karkaussekunti voi olla yksi viimeisistä, vaikka Marek Kukula, Greenwichin kuninkaallisen observatorion astronomi,kertoi Wiredettä keskustelu voisi jatkua vielä vuosikymmenen tai enemmänkin.
Jos hyppysekunti lakkautetaan, keskipäivä ei ehkä ole tarkalleen silloin, kun aurinko on huipussaan, mutta näin olemme jo eläneet jo vuosisadan. Ja siihen mennessä, kun maa on ajautunut tarpeeksi epätahtiin ajan kanssa, jotta kukaan huomaa sen. , käytämme todennäköisesti kokonaan erilaista ajanottotekniikkaa.