Er zijn maar drie definities van de tweede: als een fractie van de dag, als een fractie van een geëxtrapoleerd jaar, en als de microgolffrequentie van een cesium-atoomklok, en ze hebben een sexagesimale verdeling van de dag gerealiseerd op basis van oude astronomische kalenders.
Sexagesimale indeling van kalendertijd en dag Bewerken
Beschavingen in de klassieke periode en eerder gecreëerde indelingen van de kalender en bogen met behulp van een sexagesimaal telsysteem, dus op dat moment was de tweede een sexagesimale onderverdeling van de dag (oude seconde = dag / 60 × 60), niet van het uur zoals de moderne tweede (= uur / 60 × 60). Zonnewijzers en waterklokken behoorden tot de vroegste tijdwaarnemers, en tijdseenheden werden gemeten in booggraden. Conceptuele tijdseenheden kleiner dan realiseerbaar op zonnewijzers werden ook gebruikt.
Er zijn verwijzingen naar ‘tweede’ als onderdeel van een maanmaand in de geschriften van natuurfilosofen uit de Middeleeuwen, die wiskundige onderverdelingen waren die konden niet mechanisch te meten.
Fractie van zonnedag Bewerken
De vroegste mechanische klokken die vanaf de 14e eeuw verschenen, hadden displays die het uur in helften, derde, kwartalen en soms zelfs 12 verdeelden delen, maar nooit op 60. In feite werd het uur gewoonlijk niet verdeeld in 60 minuten omdat het niet uniform was in duur. Het was niet praktisch voor tijdwaarnemers om minuten te overwegen totdat de eerste mechanische klokken die minuten vertoonden tegen het einde van de 16e eeuw verschenen. Mechanische klokken hielden de gemiddelde tijd bij, in tegenstelling tot de zonnetijd die door zonnewijzers wordt weergegeven. Tegen die tijd waren sexagesimale tijdsindelingen goed ingeburgerd in Europa.
De vroegste klokken die seconden weer gaven, verschenen in de laatste helft van de 16e eeuw. De tweede werd nauwkeurig meetbaar met de ontwikkeling van mechanische klokken. Het vroegste veeraangedreven uurwerk met een secondewijzer die seconden aangeeft, is een ongetekende klok met de afbeelding van Orpheus in de Fremersdorf-collectie, gedateerd tussen 1560 en 1570.:417-418 Tijdens het 3e kwart van de 16e eeuw bouwde Taqi al-Din een klok met markeringen elke 1/5 minuut. in 1579 bouwde Jost Bürgi een klok voor Willem van Hessen die seconden aangeeft .:105 In 1581 ontwierp Tycho Brahe klokken die slechts minuten hadden getoond op zijn observatorium, zodat ze ook seconden lieten zien, hoewel die seconden waren niet nauwkeurig. In 1587 klaagde Tycho dat zijn vier klokken het met plus of min vier seconden oneens waren.:104
In 1656 vond de Nederlandse wetenschapper Christiaan Huygens de eerste slingeruurwerk uit. Het had een slingerlengte van iets minder dan een meter waardoor het een slag van een seconde maakte, en een echappement dat elke seconde tikte. Het was de eerste klok die de tijd in seconden nauwkeurig kon bijhouden. Tegen de jaren 1730, 80 jaar later, konden de maritieme chronometers van John Harrison de tijd nauwkeurig weergeven tot op een seconde in 100 dagen.
In 1832 stelde Gauss voor om de tweede te gebruiken als de basiseenheid van zijn millimeter. – milligram-seconde systeem van eenheden. De British Association for the Advancement of Science (BAAS) verklaarde in 1862 dat “Alle wetenschappers zijn overeengekomen om de tweede van de gemiddelde zonnetijd als de tijdseenheid te gebruiken.” BAAS stelde formeel de CGS voor. systeem in 1874, hoewel dit systeem in de loop van de volgende 70 jaar geleidelijk werd vervangen door MKS-eenheden. Zowel de CGS- als de MKS-systemen gebruikten dezelfde seconde als hun basiseenheid in de tijd. MKS werd internationaal aangenomen in de jaren 40 en definieerde de tweede als 1 ⁄86.400 van een gemiddelde zonnedag.
Fractie van een efemeridejaar Bewerken
Enige tijd in de late jaren ’40, klokken kwartskristaloscillatoren met een werkfrequentie van ~ 100 kHz geavanceerd om de tijd nauwkeuriger bij te houden dan 1 op 108 in een opera ting periode van een dag. Het werd duidelijk dat een consensus van dergelijke klokken een betere tijd hield dan de rotatie van de aarde. Metrologen wisten ook dat de baan van de aarde rond de zon (een jaar) veel stabieler was dan de rotatie van de aarde. Dit leidde al in 1950 tot voorstellen om de tweede te definiëren als een fractie van een jaar.
De beweging van de aarde werd beschreven in Newcomb’s Tables of the Sun (1895), die een formule verschaften voor het schatten van de beweging van de zon ten opzichte van het tijdperk 1900 op basis van astronomische waarnemingen gedaan tussen 1750 en 1892. Dit resulteerde in het aannemen van een efemerische tijdschaal uitgedrukt in eenheden van het siderische jaar in dat tijdperk door de IAU in 1952. Deze geëxtrapoleerde tijdschaal brengt de waargenomen posities van de hemellichamen in overeenstemming met Newtoniaanse dynamische theorieën over hun beweging. In 1955 werd het tropische jaar, dat als fundamenteler werd beschouwd dan het siderische jaar, door de IAU gekozen als de tijdseenheid. Het tropische jaar in de definitie werd niet gemeten maar berekend op basis van een formule die een gemiddeld tropisch jaar beschrijft dat lineair afneemt in de tijd.
In 1956 werd de tweede opnieuw gedefinieerd in termen van een jaar ten opzichte van dat tijdperk. De tweede werd dus gedefinieerd als “de fractie 1⁄31.556.925.9747 van het tropische jaar voor 1900 januari 0 om 12 uur efemeride tijd”. Deze definitie werd in 1960 aangenomen als onderdeel van het International System of Units.
“Atomic” secondEdit
Maar zelfs de beste mechanische, elektrisch gemotoriseerde en op kwartskristallen gebaseerde klokken vertonen afwijkingen van milieu omstandigheden. Veel beter voor tijdregistratie is de natuurlijke en exacte “vibratie” in een geactiveerd atoom. De trillingsfrequentie (d.w.z. straling) is zeer specifiek, afhankelijk van het type atoom en hoe het wordt aangeslagen. Sinds 1967 wordt de tweede gedefinieerd als precies “de duur van 9.192.631.770 perioden van straling die overeenkomt met de overgang tussen de twee hyperfijnniveaus van de grondtoestand van het cesium-133-atoom” (bij een temperatuur van 0 K). Deze lengte van een seconde werd gekozen om exact overeen te komen met de lengte van de eerder gedefinieerde efemeride seconde. Atoomklokken gebruiken zo’n frequentie om seconden te meten door cycli per seconde bij die frequentie te tellen. Dergelijke straling is een van de meest stabiele en reproduceerbare verschijnselen van de natuur. De huidige generatie atoomklokken is nauwkeurig tot op één seconde in een paar honderd miljoen jaar.
Atoomklokken bepalen nu de lengte van een seconde en de tijdstandaard voor de wereld.