Sekund: tidsenhet (SI-sekund) – definition, historia och underenheter
Upptäck sekunden: definitionen av SI-sekund, dess historia från Babylon till atomur och praktiska underenheter som millisekund och nanosekund.
Sekunden (symbol: s) är en tidsenhet. Det finns 60 sekunder i en minut, 60 minuter i en timme och 24 timmar i en dag — en uppdelning som går tillbaka till den babyloniska tiden och dess sexagesimala räknesystem. I vardagligt bruk används även 1 dygn = 86 400 s, 1 timme = 3 600 s och 1 minut = 60 s.
Bildgalleri
4 Bilder
Definition i det internationella systemet (SI)
Inom modern vetenskap definieras en sekund med hög precision som varaktigheten av 9 192 631 770 perioder av strålningen som motsvarar övergången mellan två hyperfinnivåer i grundtillståndet hos cesium-133-atomen. Denna definition är formellt antagen av internationella metrologiorgan och gör att en sekund kan mätas med extrem noggrannhet med hjälp av atomklockor. Denna atomära sekund kallas också SI-sekund och gör tidmätningen oberoende av variationer i jordens rotation.
Varför atomklockor?
Jordens rotation och omloppsrörelser förändras långsamt över tid på grund av tidvattenkrafter, inre processer i jorden och andra faktorer. När dinosaurierna levde var till exempel ett dygn ungefär en timme kortare än idag. Eftersom sådana astronomiska perioder inte är helt konstanta används atomernas stabila våglängder som referens — cesiumatomens egenskaper ger en mycket repeterbar frekvens som kan reproduceras i laboratorier över hela världen.
Tidsskala, UTC och skottsekunder
Den internationella atomtiden (TAI) bygger på utdelade mätningar från ett nätverk av atomklockor. För att behålla klocktid nära den astronomiska tiden (dygnets orientering mot solen) införs ibland skottsekunder i koordinerad universell tid (UTC). Dessa skottsekunder läggs till eller dras ifrån UTC av internationella organ (IERS) för att hålla UTC inom 0,9 sekunder från jordens rotationsbaserade tid (UT1). Frågor om framtida hantering av skottsekunder har diskuterats internationellt, eftersom införandet påverkar tidstjänster och tekniska system.
Historia – från astronomiska till atomära definitioner
Före den atomära definitionen användes astronomiska fenomen för att definiera sekunden. Under mitten av 1900-talet användes en ephemerisbaserad sekund (baserad på jordens rörelse kring solen) som övergång till atomtid. På 1960‑talet visade atomklockor överlägsen stabilitet, och 1967 antogs den nuvarande cesium‑baserade definitionen som SI‑standard.
Underenheter och multiplar
Metriska prefix kombineras ofta med ordet sekund för att beteckna delar av eller multiplar av sekunden. Exempel på vanliga underenheter är:
- Millisekund (ms) = 10−3 s — 0,001 s
- Nanosekund (ns) = 10−9 s — 0,000 000 001 s
- Mikrosekund (µs) = 10−6 s
- Pikosekund (ps) = 10−12 s, femtosekund (fs) = 10−15 s, attosekund (as) = 10−18 s med flera
SI-prefix kan också användas för multiplar (t.ex. kilosekund = 103 s), men sådana enheter är ovanliga i praktiken. I stället används ofta icke‑SI‑tidsenheter som minut, timme och dag som är praktiskt bekanta och baserade på multiplar av 60 och 24.
Tillämpningar och vardagliga jämförelser
Sekunden används överallt där tid måste mätas: i navigation, telekommunikation, datorsystem, vetenskapliga experiment och vardagslivet. Några jämförelser för att ge perspektiv:
- Ett hjärtslag hos en vuxen person i vila varar ungefär en sekund.
- Meter definieras numera via ljushastigheten: en meter är den sträcka ljuset färdas i vakuum under 1/299 792 458 av en sekund, vilket knyter alltså meter och sekund tätt samman.
- I elektronik och datorer spelar nanosekunder och mikrosekunder stor roll för signalöverföring och svarstider; i ultrafastfysik är femtosekunder och kortare tidsskala viktiga för att studera atomära och molekylära rörelser.
Genom att definiera sekunden med atomers stabila egenskaper kan tid mätas och reproduceras mycket exakt världen över, vilket är grundläggande för modern teknik, vetenskap och kommunikation.
Internationell andra
Enligt det internationella enhetssystemet definieras sekunden för närvarande som varaktigheten av 9 192 631 770 perioder av den strålning som motsvarar övergången mellan de två hyperfinnivåerna i grundtillståndet hos cesium-133-atomen. Denna definition avser en cesiumatom i vila vid en temperatur på 0 kelvin (-273,15 grader Celsius; -459,67 grader Fahrenheit) (absolut nollpunkt). Grundtillståndet definieras vid ett magnetfält på noll. Den sekund som definieras på detta sätt är likvärdig med efemerissekunden.
Den internationella standardsymbolen för en sekund är s (se ISO 31-1).
Motsvarighet till andra tidsenheter
1 internationell sekund är lika med:
- 1/60 minut (1 minut är lika med 60 sekunder).
- 1/3 600 timme (1 timme är lika med 3 600 sekunder).
- 1/86,400 dag (1 dag, i betydelsen icke-SI-enheter som accepterats för användning i det internationella enhetssystemet, är lika med 86,400 sekunder).
Det finns 31 536 000 sekunder i ett vanligt år, 31 622 400 sekunder i ett skottår och 31 557 600 sekunder i ett julianskt år.
Historiskt ursprung
Ursprungligen kallades sekunden för "andra minut", dvs. den andra minuten (dvs. den lilla) av en timme. Den första divisionen kallades "prime minute" och motsvarar den minut som vi känner till i dag. Tredje och fjärde minuten användes ibland i beräkningar.
Faktorn 60 kommer från babylonierna som använde ett sexagesimalt (bas-60) talsystem. Babylonierna delade dock inte in sina tidsenheter sexagesimalt (med undantag för dagen). Timmen hade av de gamla egyptierna definierats som antingen 1/12 av dagtid eller 1/12 av natttid, och därför varierade båda med årstiderna. Grekiska astronomer, till exempel Hipparchus och Ptolemaios, definierade timmen som 1/24 av en genomsnittlig soldag. Genom att könsmässigt dela upp den genomsnittliga soltimmen blev sekunden 1/86,400 av en genomsnittlig soldag.
SI-multipler
SI-prefix används ofta för tider kortare än en sekund, men sällan för multiplar av en sekund. Istället är det tillåtet att använda vissa enheter som inte är SI-enheter i SI: minuter, timmar, dagar och i astronomi julianska dagar.
| SI-multiplar för sekund (s) | |||||||
| Undermultiplar | Flerfaldiga | ||||||
| Värde | SI-symbol | Namn | Värde | SI-symbol | Namn | Människoläsbar | |
| 10−1 s | ds | decisekund | 101 s | das | decasekund | 10 sekunder | |
| 10−2 s | cs | Centisekund | 102 s | hs | Hektosekund | 1 minut 40 sekunder | |
| 10−3 s | ms | millisekund | 103 s | ks | kilosekund | 16 minuter och 40 sekunder | |
| 10−6 s | µs | Mikrosekunder | 106 s | megasekund | 11,6 dagar | ||
| 10−9 s | ns | nanosekund | 109 s | Gs | gigasekund | 31,7 år | |
| 10−12 s | ps | picosekund | 1012 s | Ts | Terasekund | 31 700 år | |
| 10−15 s | fs | femtosekund | 1015 s | Ps | petasekund | 31,7 miljoner år | |
| 10−18 s | som | attosekund | 1018 s | Es | exasecond | 31,7 miljarder år | |
| 10−21 s | zs | zeptosecond | 1021 s | Zs | zettasekund | 31,7 biljoner år | |
| 10−24 s | ys | yoctosecond | 1024 s | Ys | yottasecond | 31,7 kvadriljoner år | |
| 10−27 s | xs | xonosekund | 1027 s | Xs | xennasecond | 31,7 kvintiljoner år | |
| 10−30 s | vs | vecosecond | 1030 s | Das | dakasecond | 31,7 sexmiljoner år | |
| 10−33 s | mcs | mecosecond | 1033 s | Hs | hendasecond | 31,7 septiljoner år | |
| 10−36 s | dcs | Duecosecond | 1036 s | Dos | dokasecond | 31,7 oktiljoner år | |
| 10−39 s | tcs | trecosecond | 1039 s | Ts | tradakasecond | 31,7 nonmiljoner år | |
| 10−42 s | Trcs | tetrecosecond | 1042 s | Teds | tedakasecond | 31,7 deciljoner år | |
| 10−45 s | st. | pentecosecond | 1045 s | Pds | pedakasecond | 31,7 undeciljoner år | |
| 10−48 s | hxs | hexekosekund | 1048 s | Eds | exdakasecond | 31,7 duodeciljoner år | |
| 10−51 s | hps | heptecosecond | 1051 s | Zds | zedakasecond | 31,7 tredeciljoner år | |
| 10−54 s | os | oktecosecond | 1054 s | Yds | yodakasecond | 31,7 quattuordeciljoner år | |
| 10−57 s | es | ennecosecond | 1057 s | Nds | Nedakasecond | 31,7 quindeciljoner år | |
| 10−60 s | är | icososecond | 1060 s | Iks | ikasecond | 31,7 sexdeciljoner år | |
Grekiska tidsperioder, till exempel den genomsnittliga synodiska månaden, var vanligtvis ganska exakt specificerade eftersom de beräknades utifrån noggrant utvalda förmörkelser som låg hundratals år ifrån varandra - enskilda genomsnittliga synodiska månader och liknande tidsperioder kan inte mätas. I och med utvecklingen av pendelklockor som håller medeltid (i motsats till den skenbara tid som visas av solur) blev den andra tiden dock mätbar. Sekundpendeln föreslogs som en längdenhet redan 1660 av Royal Society of London. Varaktigheten av ett slag eller en halv period (en svängning, inte fram och tillbaka) av en pendel som är en meter lång på jordens yta är ungefär en sekund.
År 1956 definierades den andra som jordens omloppstid runt solen för en viss epok, eftersom man då hade insett att jordens rotation runt sin egen axel inte var tillräckligt enhetlig som tidsstandard. Jordens rörelse beskrevs i Newcomb's Tables of the Sun, som ger en formel för solens rörelse vid epoken 1900 baserad på astronomiska observationer gjorda mellan 1750 och 1892. Den sekund som definieras på detta sätt är
bråkdelen 1/31,556,925.9747 av det tropiska året för 1900 januari 0 vid 12 timmars efemeridtid.
Denna definition ratificerades av den elfte allmänna konferensen om mått och vikt 1960. Det tropiska året i definitionen mättes inte, utan beräknades utifrån en formel som beskriver ett tropiskt år som minskar linjärt med tiden, därav den märkliga hänvisningen till ett specifikt momentant tropiskt år. Eftersom denna sekund var den oberoende tidsvariabel som användes i efemerideriderna för solen och månen under större delen av 1900-talet (Newcomb's Tables of the Sun användes från 1900 till 1983, och Brown's Tables of the Moon användes från 1920 till 1983), kallades den för efemerissekund.
När atomklockor tillverkades blev de grunden för definitionen av sekunden, i stället för jordens rotation runt solen.
Efter flera års arbete fastställde Louis Essen från National Physical Laboratory (Teddington, England) och William Markowitz från United States Naval Observatory (USNO) sambandet mellan cesiumatomens hyperfinövergångsfrekvens och efemerissekunden. Med hjälp av en gemensam mätmetod baserad på de mottagna signalerna från radiostationen WWV bestämde de månens omloppsrörelse runt jorden, varifrån solens skenbara rörelse kunde härledas, i termer av tid som mäts av en atomklocka. Som ett resultat av detta definierade den trettonde allmänna konferensen om mått och vikt 1967 sekunden för atomtid i det internationella enhetssystemet (SI) som följande
varaktigheten av 9 192 631 770 perioder av den strålning som motsvarar övergången mellan de två hyperfinnivåerna i grundtillståndet hos cesium-133-atomen.
Grundtillståndet definieras vid noll magnetfält. Den sekund som definieras på detta sätt är likvärdig med efemerissekunden.
Definitionen av det andra begreppet preciserades senare vid BIPM:s möte 1997 för att inkludera följande uttalande
Denna definition avser en cesiumatom i vila vid en temperatur på 0 K.
Den reviderade definitionen verkar innebära att den ideala atomklockan skulle innehålla en enda cesiumatom i vila som sänder ut en enda frekvens. I praktiken innebär definitionen dock att högprecisionsgenomföranden av sekunden bör kompensera för effekterna av den omgivande temperaturen (svartkroppsstrålning) inom vilken atomklockor arbetar och extrapolera i enlighet med detta till värdet av sekunden enligt definitionen ovan.
Den andra i rollspel
I rollspel används ibland en sekund för att hänvisa till en liten tidsperiod eller en enda stridstur. Den används som ett standardtidsmoment och avser inte nödvändigtvis en riktig sekund, och kan vara kortare eller längre beroende på scenariot.
Trivia
- Fram till modern tid delades grader och timmar successivt med 60 i pars minuta prima, pars minuta secunda, pars minuta tertia och så vidare. Detta utvecklades till den moderna minuten och sekunden, men för mindre divisioner följer vi nu decimalindelningen. På vissa språk behåller ordböckerna fortfarande ordet för tredjedel för 1/60 av en sekund, till exempel polska (tercja) och arabiska (ثالثة).
Relaterade sidor
Frågor och svar
F: Vad är symbolen för sekund?
S: Symbolen för sekund är "s".
F: Hur många sekunder ingår i en minut?
S: Det finns 60 sekunder i en minut.
F: Hur många minuter är det i en timme?
S: Det finns 60 minuter i en timme.
Fråga: Hur många timmar är det på en dag?
S: Det finns 24 timmar på en dag.
F: Varifrån kommer denna tradition att mäta tid?
S: Denna tradition går tillbaka till babylonierna.
Fråga: Hur mäter forskare sekunden?
S: Forskare mäter sekunden genom hur lång tid det tar för en cesiumatom att vibrera 9 192 631 770 (cirka 9 miljarder) gånger.
F: Vad är ett exempel på varför forskare använder denna metod för att mäta tid i stället för andra metoder?
S: Forskarna använder denna metod eftersom längden på en dag förändras hela tiden, medan atomernas vibrationer däremot alltid tar samma tid.
Relaterade artiklar
Författare
AlegsaOnline.com Sekund: tidsenhet (SI-sekund) – definition, historia och underenheter Leandro Alegsa
URL: https://sv.alegsaonline.com/art/88451
Källor
- tycho.usno.navy.mil : "Leap Seconds"
- roma1.infn.it : The seconds pendulum
- stacks.iop.org : "The definition of the 'atomic' second"