Leap Second là gì?
Leap second (giây nhuận) là một điều chỉnh một giây thỉnh thoảng được thêm vào Giờ Phối hợp Quốc tế (UTC), chuẩn thời gian toàn cầu mà điện thoại, máy chủ và vệ tinh của bạn đều đồng bộ. Khi một giây nhuận được chèn vào, phút cuối cùng của ngày sẽ có 61 giây thay vì 60 — đồng hồ sẽ chạy qua 23:59:60 trước khi chuyển sang 00:00:00.
Giây nhuận nghe có vẻ nhỏ nhặt. Nhưng thực tế không phải vậy. Giây thừa đó đã từng làm sập các trang web lớn, làm gián đoạn các chuyến bay, và gây ra một cuộc tranh luận kéo dài hàng thập kỷ giữa các nhà vật lý, thiên văn học và kỹ sư phần mềm. Vào năm 2022, các cơ quan giữ thời gian trên thế giới cuối cùng đã bỏ phiếu để loại bỏ chúng. Dưới đây là giải thích về giây nhuận thực sự là gì, tại sao nó tồn tại và tại sao nó sắp bị loại bỏ.
Tại sao Giây Nhuận tồn tại
Vấn đề nằm ở hai cách đo thời gian khác nhau không hoàn toàn đồng nhất.
Thời gian nguyên tử hoàn toàn ổn định. Từ năm 1967, giây được định nghĩa bằng dao động của nguyên tử cesium-133 — 9.192.631.770 dao động mỗi giây. Một mạng lưới đồng hồ nguyên tử trên khắp thế giới duy trì Giờ Nguyên tử Quốc tế (TAI), và nó cực kỳ đều đặn: nó không nhanh lên cũng không chậm đi.
Sự tự quay của Trái Đất không ổn định. Độ dài của một ngày, được đo bằng vòng quay thực tế của hành tinh, hơi bất thường. Ma sát từ thủy triều, chuyển động của lõi Trái Đất nóng chảy, và sự dịch chuyển khối lượng như các tảng băng tan chảy đều tác động đến tốc độ quay. Về lâu dài, hành tinh này nhìn chung đang chậm dần, vì vậy một ngày thiên văn trôi qua dài hơn một chút so với 86.400 giây nguyên tử. Thời gian dựa trên sự quay này được gọi là UT1.
Nếu để yên, UTC (được xây dựng trên các giây nguyên tử ổn định) và UT1 (gắn với Mặt Trời thực tế trên bầu trời) sẽ dần dần lệch nhau. Để giữ chúng thẳng hàng, quy tắc rất đơn giản: UTC không bao giờ được chênh lệch với UT1 quá 0,9 giây. Bất cứ khi nào khoảng cách đó tiến gần đến giới hạn, một giây nhuận sẽ được chèn vào UTC để cho phép thời gian nguyên tử "chờ" Trái Đất quay chậm hơn bắt kịp.
Vì vậy, giây nhuận về cơ bản là một sự hiệu chỉnh thủ công giúp đồng hồ nguyên tử chính xác của chúng ta đồng bộ với hành tinh đang dao động mà chúng ta thực sự sống trên đó.
Lịch sử ngắn về Giây Nhuận
Giây nhuận được giới thiệu vào năm 1972, khi UTC được định nghĩa lại để dựa trên thời gian nguyên tử trong khi vẫn gắn với sự tự quay của Trái Đất.
Kể từ đó, 27 giây nhuận đã được thêm vào cho đến năm 2016. Tất cả các giây nhuận cho đến nay đều là dương — thêm một giây, chưa bao giờ bị loại bỏ — bởi vì sự tự quay của Trái Đất nhìn chung đã chậm hơn so với thời gian nguyên tử trong giai đoạn đó. Giây nhuận gần đây nhất được chèn vào ngày 31 tháng 12 năm 2016, lúc 23:59:60 UTC.
Sau đó có một khoảng trống đáng chú ý gần bảy năm, bởi vì sự tự quay của Trái Đất thực sự đã tăng tốc nhẹ trong những năm gần đây — đủ để, lần đầu tiên, các nhà khoa học bắt đầu thảo luận nghiêm túc về khả năng xảy ra một giây nhuận âm (loại bỏ một giây thay vì thêm một giây), một điều chưa từng xảy ra và khiến nhiều kỹ sư lo ngại hơn cả loại thông thường.
Ai Quyết định Khi nào Nó Xảy ra?
Giây nhuận không được lên lịch theo một lịch cố định. Chúng được công bố bởi Dịch vụ Hệ thống Tham chiếu và Tự quay Trái Đất Quốc tế (IERS), có trụ sở chính gần Paris, tổ chức liên tục theo dõi sự tự quay của hành tinh.
Khi khoảng cách UT1–UTC tiến tới 0,9 giây, IERS sẽ đưa ra một bản tin — thường là khoảng sáu tháng trước — tuyên bố rằng một giây nhuận sẽ được chèn vào. Theo quy ước, việc chèn vào xảy ra vào cuối ngày 30 tháng 6 hoặc 31 tháng 12 (UTC).
Khoảng thời gian chuẩn bị sáu tháng đó là mấu chốt của vấn đề kỹ thuật: lịch trình không đều đặn và không thể đoán trước. Bạn không thể viết một công thức cho bạn biết khi nào giây nhuận tiếp theo sẽ xảy ra, giống như bạn có thể làm với năm nhuận. Bạn phải đợi IERS công bố nó, sau đó đảm bảo mọi đồng hồ trong hệ thống của bạn đều biết.
Tại sao Kỹ sư Ghét Giây Nhuận
Đối với hầu hết mọi người, một giây thừa là không thể nhận thấy. Đối với máy tính mong đợi mỗi phút có chính xác 60 giây, một phút 61 giây là một quả mìn.
Sự cố nổi tiếng nhất xảy ra vào ngày 30 tháng 6 năm 2012, khi một giây nhuận dương được chèn vào. Ngay khi nó xảy ra, một loạt hệ thống đã sụp đổ. Reddit đã ngừng hoạt động, cùng với các trang web lớn khác. Lỗi được truy ngược lại cách Linux kernel xử lý đồng hồ quay ngược lại trong khoảnh khắc đó — nó đã kích hoạt một tình trạng mất kiểm soát khiến CPU của máy chủ bị quá tải. Các hệ thống đặt vé máy bay được xây dựng trên phần mềm bị ảnh hưởng cũng báo cáo sự gián đoạn, làm chậm quá trình làm thủ tục. Các rắc rối tương tự cũng đã xuất hiện trong các giây nhuận trước đó.
Các vấn đề cốt lõi mang tính cấu trúc:
- Sự kiện hiếm khi xảy ra, vì vậy các đường dẫn mã xử lý giây nhuận hầu như không bao giờ được thực thi và hiếm khi được kiểm tra trong điều kiện thực tế.
- Thời gian dường như đứng yên hoặc lặp lại, và nhiều phần mềm ngầm cho rằng thời gian chỉ tiến về phía trước, một cách đơn điệu.
- Lịch trình không thể đoán trước, vì vậy các hệ thống phải tìm nạp và tin tưởng vào một thông báo bên ngoài thay vì tự tính toán sự điều chỉnh.
Bởi vì một sự cố ngừng hoạt động hiện đại có thể lan truyền qua các thị trường tài chính, mạng viễn thông và nền tảng đám mây, một giây bị xử lý sai có thể thực sự tốn kém.
Giải pháp "Leap Smear" của Google
Thay vì áp dụng giây nhuận trong một bước nhảy đột ngột, Google đã tiên phong trong một cách tiếp cận gọi là leap smear (làm mờ giây nhuận). Thay vì chèn một giây đầy đủ vào lúc nửa đêm, các máy chủ của Google trải rộng sự hiệu chỉnh trong một khoảng thời gian dài — thường là khoảng ~24 giờ xung quanh sự kiện — bằng cách làm cho mỗi giây dài hơn (hoặc ngắn hơn) một cách không thể nhận thấy.
Trong quá trình làm mờ, không có đồng hồ nào hiển thị 23:59:60 và không có đồng hồ nào quay ngược lại; thời gian chỉ chạy rất chậm "chậm" trong một ngày cho đến khi giây thừa được hấp thụ một cách lặng lẽ. Phần mềm thấy một đồng hồ trơn tru, đơn điệu và không bao giờ chạm vào trường hợp cạnh nguy hiểm. Amazon, Meta và những công ty khác đã áp dụng các chiến lược làm mờ tương tự, và nó đã trở thành kỹ thuật sinh tồn thực tế cho các hệ thống quy mô lớn.
Điểm hạn chế: một đồng hồ bị làm mờ cố tình không đồng ý với UTC chính thức trong nhiều giờ liên tục — tốt cho hầu hết các dịch vụ, nhưng là một vấn đề đau đầu khi bạn cần đối chiếu nó với các hệ thống không bị làm mờ. Đó là một giải pháp thay thế cho một vấn đề mà ngành công nghiệp ngày càng cảm thấy không nên tồn tại.
Nếu bạn làm việc với thời gian epoch, lưu ý rằng Dấu thời gian Unix không tính giây nhuận — thời gian Unix chỉ đơn giản giả vờ mỗi ngày có chính xác 86.400 giây, đó là một phần lý do tại sao sự điều chỉnh trong thế giới thực lại gây ra nhiều xung đột.
Quyết định năm 2035: Bãi bỏ Giây Nhuận
Cuộc tranh luận lên đến đỉnh điểm tại Hội nghị toàn thể về Cân đo Quốc tế (CGPM) năm 2022 — cơ quan quốc tế quản lý hệ thống mét và định nghĩa về giây.
Các đại biểu đã thông qua một nghị quyết mang tính bước ngoặt: việc thêm giây nhuận sẽ bị dừng lại vào năm 2035. Kể từ thời điểm đó, UTC sẽ được phép trôi xa khỏi UT1 vượt quá giới hạn 0,9 giây hiện tại, với dung sai sẽ được thương lượng lại sau đó — có khả năng cho phép khoảng cách này tăng lên trong nhiều thập kỷ, có thể lên đến một phút hoặc hơn, trước khi bất kỳ sự hiệu chỉnh nào được xem xét.
Về mặt thực tế, điều này có nghĩa là UTC trở thành một thang thời gian trơn tru, liên tục không còn những phút 61 giây bất ngờ. Các nhà thiên văn học thực sự cần thời gian tự quay của Trái Đất vẫn có thể sử dụng trực tiếp UT1; tất cả những người chạy máy tính có được một chiếc đồng hồ mà cuối cùng họ có thể tin tưởng vào hành vi của nó. Sự thay đổi này đánh đổi một sự bất đồng nhỏ, tích lũy chậm với Mặt Trời để loại bỏ một nguồn rủi ro kỹ thuật toàn cầu tái diễn.
Các Câu hỏi Thường gặp
Đã bao giờ một giây nhuận bị loại bỏ thay vì được thêm vào chưa?
Chưa. Tất cả 27 giây nhuận được chèn vào từ năm 1972 đều là dương — thêm một giây. Một giây nhuận âm (nhảy từ 23:59:58 đến 00:00:00) chưa bao giờ xảy ra, mặc dù tốc độ quay nhanh hơn gần đây của Trái Đất đã tạm thời biến nó thành một khả năng thực sự trước khi quyết định năm 2035 làm cho toàn bộ câu hỏi trở nên vô nghĩa.
Giây nhuận có ảnh hưởng đến múi giờ không?
Không trực tiếp. Múi giờ là các độ lệch cố định so với UTC được quản lý thông qua các cơ sở dữ liệu như Cơ sở dữ liệu múi giờ IANA. Một giây nhuận điều chỉnh chính UTC, vì vậy mọi múi giờ đều dịch chuyển cùng một thời điểm đồng thời — độ lệch giữa các múi giờ không bao giờ thay đổi.
Đồng hồ máy tính của tôi có thay đổi vào năm 2035 không?
Không có thay đổi rõ ràng nào cho người dùng. Sau năm 2035, đồng hồ chỉ đơn giản là ngừng nhận giây nhuận thỉnh thoảng. UTC sẽ từ từ trôi xa khỏi thời gian thiên văn trong nhiều năm, nhưng sự trôi dạt đó quá nhỏ để có thể nhận thấy trong cuộc sống hàng ngày.
Sự khác biệt giữa UTC, TAI và UT1 là gì?
TAI là thời gian nguyên tử thuần túy, hoàn toàn ổn định. UT1 là thời gian dựa trên sự tự quay thực tế của Trái Đất. UTC là chuẩn hàng ngày: nó chạy trên các giây nguyên tử như TAI nhưng được giữ thẳng hàng với UT1 bằng cách sử dụng giây nhuận. Tính đến năm 2016, UTC chậm hơn TAI chính xác 37 giây.
Tại sao không để đồng hồ và Mặt Trời trôi xa nhau?
Đó về cơ bản là những gì quyết định năm 2035 làm. Sự bất đồng phát triển rất chậm — theo thứ tự một phút mỗi thế kỷ — sẽ mất nhiều thế hệ để trở nên đáng kể, và đến lúc đó, một sự hiệu chỉnh một lần có thể được lên kế hoạch một cách có chủ ý thay vì vá lỗi vài năm một lần.
Tò mò về cách máy móc thực sự đếm thời gian bên dưới tất cả những điều này? Giây nhuận biến mất hoàn toàn trong thời gian epoch — hãy thử Công cụ chuyển đổi dấu thời gian Unix của chúng tôi để xem chính xác cách máy tính theo dõi từng giây trôi qua.