Bạn kiểm tra điện thoại của mình, và nó hiển thị 3:42 chiều. Thời gian đó cảm thấy chính xác. Chắc chắn. Nhưng làm thế nào chúng ta thực sự biết đó là 3:42 chiều? Điều gì làm cho con số đó đúng? Đo thời gian nghe có vẻ đơn giản cho đến khi bạn nhìn sâu hơn. Rồi nó trở thành một sự pha trộn kỳ lạ giữa các hành tinh quay, các nguyên tử rung động, và các hệ thống do con người tạo ra cố gắng hiểu tất cả mọi thứ.
Thời điểm bắt đầu đo thời gian
Trước khi vật lý hoặc toán học tham gia, thời gian được theo dõi bằng cách nhìn lên. Mọi người quan sát bóng đổ và các vì sao chuyển động. Ngày được đếm từ bình minh đến bình minh. Điều đó đủ tốt cho nông nghiệp và các nghi lễ sơ khai.
Sau đó xuất hiện đồng hồ mặt trời. Rồi đồng hồ nước. Mọi người cần một thứ gì đó chính xác hơn. Khi xã hội trở nên phức tạp hơn, áp lực để đo thời gian tốt hơn cũng tăng lên.
Thực sự một giây có nghĩa là gì
Ngày nay, một giây không chỉ là một phần sáu mươi của một phút. Nó có một định nghĩa sâu sắc hơn nhiều. Các nhà khoa học định nghĩa nó dựa trên các nguyên tử. Giây chính thức dựa trên rung động của nguyên tử cesium-133.
Một giây bằng thời gian để nguyên tử đó dao động 9.192.631.770 lần. Con số đó không ngẫu nhiên. Nó có thể lặp lại, ổn định và đo được. Cesium trở thành tiêu chuẩn vàng về độ chính xác vì nó không thay đổi nhiều theo thời gian.
Đồng hồ nguyên tử đã thay đổi mọi thứ
Khi đồng hồ nguyên tử xuất hiện vào những năm 1950, việc giữ thời gian đã tiến lên một cấp độ hoàn toàn mới. Những đồng hồ này chính xác đến mức chúng mất chưa đến một giây trong hàng triệu năm. Điều đó quan trọng hơn bạn nghĩ. GPS, vệ tinh, đồng bộ internet và lưới điện đều phụ thuộc vào thời gian nguyên tử.
Không có thời gian nguyên tử, mọi thứ sẽ không khớp nhau. Điện thoại của bạn sẽ trôi đi. GPS sẽ bỏ lỡ mục tiêu. Thế giới hiện vận hành dựa trên nguyên tử, không phải bánh răng và lò xo.
Các phương pháp khác nhau để theo dõi thời gian
Thời gian không chỉ được đo theo một cách duy nhất. Các nhà khoa học sử dụng nhiều hệ thống khác nhau, tùy thuộc vào mục đích theo dõi.
- Thời gian mặt trời: Dựa trên sự quay của Trái đất so với mặt trời
- Thời gian sao: Dựa trên sự quay của Trái đất so với các vì sao xa xôi
- Thời gian nguyên tử: Dựa trên rung động của nguyên tử cesium
- Thời gian Vũ trụ (UT1): Theo dõi vòng quay thực của Trái đất, kể cả những dao động nhỏ
- Thời gian phối hợp quốc tế (UTC): Kết hợp giữa thời gian nguyên tử và mặt trời, có thêm giây nhảy khi cần thiết
UTC là thứ điện thoại của bạn hiển thị. Nó duy trì độ chính xác nguyên tử nhưng điều chỉnh nhẹ để giữ cho phù hợp với hành tinh.
Tại sao chúng ta thêm giây nhảy
Trái đất không quay đều đặn. Nó chậm lại một chút theo thời gian. Điều đó có nghĩa là thời gian nguyên tử và thời gian mặt trời dần dần trôi xa nhau. Để khắc phục điều này, chúng ta thêm một giây nhảy mỗi vài năm.
Điều này giúp UTC không bị lệch khỏi vị trí của mặt trời. Nó giống như một cú nhích nhanh để giữ thời gian đúng hướng. Nhưng nó cũng gây rắc rối cho các hệ thống công nghệ không sẵn sàng cho giây phụ này.
Các công cụ giữ cho thế giới đồng bộ
Việc giữ thời gian hiện đại là một nỗ lực toàn cầu. Một mạng lưới các đồng hồ nguyên tử trên khắp thế giới hoạt động cùng nhau. Những đồng hồ này do các phòng thí nghiệm ở Mỹ, Pháp, Nhật Bản và nhiều quốc gia khác vận hành. Cùng nhau chúng tạo thành Thời gian Nguyên tử Quốc tế (TAI).
Từ đó, UTC được tính toán và phát sóng qua tín hiệu radio, vệ tinh, và internet. Đó là cách điện thoại của bạn luôn biết đúng giờ, ngay cả khi bạn không kết nối mạng.
Tại sao độ chính xác quan trọng hơn bạn nghĩ
Nhiều thứ phụ thuộc vào thời gian hoàn hảo:
- Vệ tinh GPS sử dụng thời gian nguyên tử để tính vị trí
- Hệ thống tài chính ghi dấu giao dịch đến từng microgiây
- Máy chủ internet đồng bộ với UTC để phối hợp dữ liệu toàn cầu
- Lưới điện dựa vào các chu kỳ đồng bộ để tránh mất điện
- Trạm điện thoại di động sử dụng mã thời gian để quản lý chuyển đổi giữa các mạng
Một lỗi nhỏ trong thời gian có thể gây ra những vấn đề lớn trong bất kỳ hệ thống nào trong số này.
Điều này nói lên điều gì về thời gian
Thời gian cảm thấy đơn giản cho đến khi bạn cố gắng đo chính xác. Rồi nó trở thành một vũ điệu giữa Trái đất quay, các nguyên tử nhấp nháy, và sự phối hợp của con người. Chúng ta cần nó đáng tin cậy, ngay cả khi vũ trụ hỗn loạn.
Vì vậy, lần tới khi đồng hồ của bạn nhảy sang phút mới, hãy nhớ rằng đằng sau con số nhỏ đó là cả một thế giới khoa học đang giữ mọi thứ đồng bộ.