Ci sono sempre state solo tre definizioni del secondo: come frazione del giorno, come frazione di un anno estrapolato, e come la frequenza delle microonde di un orologio atomico al cesio, e hanno realizzato una divisione sessagesimale del giorno da antichi calendari astronomici.
Divisioni sessagesimali dell’ora e del giorno del calendario Modifica
Civiltà nel periodo classico e precedenti hanno creato divisioni del calendario e archi usando un sistema di conteggio sessagesimale, quindi a quel tempo il secondo era una suddivisione sessagesimale del giorno (secondo antico = giorno / 60 × 60), non dell’ora come il secondi moderni (= ora / 60 × 60). Le meridiane e gli orologi ad acqua erano tra i primi dispositivi di misurazione del tempo e le unità di tempo venivano misurate in gradi di arco. Sono state utilizzate anche unità di tempo concettuali più piccole di quelle realizzabili sulle meridiane.
Ci sono riferimenti al “secondo” come parte di un mese lunare negli scritti di filosofi naturali del Medioevo, che erano suddivisioni matematiche che potevano non essere misurati meccanicamente.
Frazione di giorno solareModifica
I primi orologi meccanici apparsi a partire dal XIV secolo avevano display che dividevano l’ora in metà, terzi, quarti e talvolta anche 12 parti, ma mai per 60. In effetti, l’ora non era comunemente divisa in 60 minuti poiché non era uniforme nella durata. Non era pratico per i cronometristi considerare i minuti fino a quando i primi orologi meccanici che mostravano i minuti apparvero verso la fine del XVI secolo. Gli orologi meccanici mantenevano il tempo medio, in contrasto con il tempo apparente visualizzato dalle meridiane. A quel tempo, le divisioni sessagesimali del tempo erano ben stabilite in Europa.
I primi orologi per visualizzare i secondi apparvero durante l’ultima metà del XVI secolo. Il secondo è diventato misurabile con precisione con lo sviluppo di orologi meccanici. Il primo segnatempo a molla con una lancetta dei secondi che segnava i secondi è un orologio senza segno raffigurante Orfeo nella collezione Fremersdorf, datato tra il 1560 e il 1570.:417–418 Durante il terzo quarto del XVI secolo, Taqi al-Din costruì un orologio con segni ogni 1/5 minuto.Nel 1579, Jost Bürgi costruì un orologio per Guglielmo d’Assia che segnava i secondi.:105 Nel 1581, Tycho Brahe ridisegnò gli orologi che mostravano solo i minuti nel suo osservatorio in modo da visualizzare anche i secondi, anche se quelli i secondi non erano precisi. Nel 1587, Tycho si lamentò del fatto che i suoi quattro orologi non erano d’accordo per più o meno quattro secondi.:104
Nel 1656, lo scienziato olandese Christiaan Huygens inventò il primo orologio a pendolo. Aveva una lunghezza del pendolo di poco meno di un metro che gli dava un’oscillazione di un secondo e uno scappamento che ticchettava ogni secondo. È stato il primo orologio in grado di segnare con precisione il tempo in secondi. Verso il 1730, 80 anni dopo, i cronometri marittimi di John Harrison potevano tenere il tempo preciso entro un secondo in 100 giorni.
Nel 1832, Gauss propose di utilizzare il secondo come unità di base del tempo nel suo millimetro Sistema di unità milligrammo secondo. La British Association for the Advancement of Science (BAAS) nel 1862 affermò che “Tutti gli uomini di scienza sono d’accordo nell’usare il secondo del tempo solare medio come unità di tempo”. BAAS propose formalmente il CGS sistema nel 1874, sebbene questo sistema sia stato gradualmente sostituito nei successivi 70 anni da unità MKS. Entrambi i sistemi CGS e MKS usavano lo stesso secondo della loro unità di tempo base. MKS fu adottato a livello internazionale durante gli anni ’40, definendo il secondo come 1 ⁄86.400 di un giorno solare medio.
Frazione di un anno delle effemeridi Modifica
Verso la fine degli anni Quaranta, orologi con oscillatori a cristalli di quarzo con una frequenza operativa di ~ 100 kHz avanzata per mantenere il tempo con una precisione migliore di 1 parte su 108 su un’opera periodo di una giornata. È diventato evidente che un consenso di tali orologi ha mantenuto un tempo migliore rispetto alla rotazione della Terra. I metrologi sapevano anche che l’orbita terrestre attorno al Sole (un anno) era molto più stabile della rotazione terrestre. Ciò portò a proposte già nel 1950 per definire il secondo come una frazione di un anno.
Il moto della Terra fu descritto nelle Tavole del Sole di Newcomb (1895), che fornivano una formula per stimare il moto del Sole rispetto all’epoca 1900 sulla base di osservazioni astronomiche effettuate tra il 1750 e il 1892. Ciò ha portato all’adozione di una scala temporale delle effemeridi espressa in unità dell’anno siderale a quell’epoca dalla IAU nel 1952. Questa scala temporale estrapolata porta le posizioni osservate dei corpi celesti in accordo con le teorie dinamiche newtoniane del loro moto. Nel 1955, l’anno tropicale, considerato più fondamentale dell’anno siderale, fu scelto dall’IAU come unità di tempo. L’anno tropicale nella definizione non è stato misurato ma calcolato da una formula che descrive un anno tropicale medio che è diminuito linearmente nel tempo.
Nel 1956, il secondo è stato ridefinito in termini di un anno rispetto a quell’epoca. Il secondo è stato così definito come “la frazione 1⁄31,556,925,9747 dell’anno tropicale per il 1900 gennaio 0 a 12 ore di tempo delle effemeridi”. Questa definizione è stata adottata come parte del Sistema internazionale di unità nel 1960.
“Atomic” secondEdit
Ma anche i migliori orologi meccanici, elettrici motorizzati e basati su cristalli di quarzo sviluppano discrepanze da condizioni ambientali. Molto meglio per il cronometraggio è la “vibrazione” naturale ed esatta in un atomo energizzato. La frequenza della vibrazione (cioè la radiazione) è molto specifica a seconda del tipo di atomo e di come viene eccitato. Dal 1967, il secondo è stato definito esattamente come “la durata di 9.192.631.770 periodi di radiazione corrispondenti alla transizione tra i due livelli iperfini dello stato fondamentale dell’atomo di cesio-133” (a una temperatura di 0 K). Questa lunghezza di un secondo è stata selezionata in modo da corrispondere esattamente alla lunghezza delle effemeridi secondo precedentemente definite. Gli orologi atomici utilizzano una tale frequenza per misurare i secondi contando i cicli al secondo a quella frequenza. La radiazione di questo tipo è uno dei fenomeni più stabili e riproducibili della natura. L’attuale generazione di orologi atomici ha una precisione di un secondo in poche centinaia di milioni di anni.
Gli orologi atomici ora impostano la lunghezza di un secondo e lo standard temporale per il mondo.