מהי שנייה וכיצד היא עשויה להשתנות בעתיד?

מצמוץ, פעימת לב, או אפילו לומר "עשרים ואחת" - אלה דרכים שבהן אנחנו מנסים לספור שנייה אחת באמצעות הגוף שלנו. בין אם מדובר בטיקטוק של שעון או במספר משתנה על תצוגה דיגיטלית, יחידת הזמן הבסיסית מתארת את קצב חיינו ומהווה תשתית כמעט לכל מדידה מדעית. אבל מהי בעצם שנייה?

ההגדרה שבה אנו משתמשים כיום סוכמה באופן גלובלי בשנת 1967. שנייה מוגדרת כ–"משך הזמן של 9,192,631,770 מחזורים של הקרינה המתאימה למעבר בין שתי הרמות העל-דקות של המצב היסודי של האטום צסיום-133".

במילים פשוטות, ניתן להביא אטום למצב עירור מסוים, והוא בסופו של דבר יחזור למצבו היסודי. המעבר הזה יוצר קרינה שניתנת לשימוש כפילטר תדרים מצוין בטווח המיקרוגל. בזכות היציבות הגבוהה שלו, ניתן להשתמש בו כדי לשמור על קצב קבוע - וזהו הבסיס לשעונים אטומיים מדויקים מאד. ההגדרה עודכנה חלקית בשנת 2018, אך עדיין מתבססת על המעבר העל-דק של אטום הצסיום-133.

השנייה וההגדרה שלה הן יסוד במדע המדידות (מטרולוגיה). למעשה, המטר, הקילוגרם, האמפר, הקלווין והקנדלה - שהם בהתאמה יחידות האורך, המסה, הזרם החשמלי, הטמפרטורה ועוצמת האור - כולן תלויות בהגדרה של השנייה.

למרות שההגדרה הקיימת שירתה היטב את העולם במשך עשורים רבים, מדענים בוחנים את האפשרות לשפר אותה עוד יותר. פריצות דרך טכנולוגיות בשעונים אטומיים אופטיים מאפשרות להגיע לדיוק הגבוה פי מאה ממה ששעון צסיום קלאסי יכול להשיג, כולל השעון המהיר ביותר שפותח ושיטות חדשות לבניית מכשירים כאלה.

"כעיקרון כללי, ההגדרות של יחידות המידה של מערכת היחידות הבין־לאומית (SI) צריכות להתבסס על שיטות המדידה שמובילות לרמת אי־הוודאות הנמוכה ביותר עבור כל המדידות המשניות של גדלים שמתבססים על אותן יחידות", אמרה ד"ר ליז דונלי (Dr Liz Donley), ראש מחלקת הזמן והתדר במכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה של ארה"ב (NIST). "תקני תדר אופטיים הגיעו לרמה שבה ניתן לבצע מדידות תדר מדויקות פי מאה מהמדידות שמבוצעות באמצעות צסיום כתקן."

הגדרה מחודשת של השנייה בהחלט על הפרק, וייתכן שתתממש עד שנת 2030, אך ישנם מספר תנאים מחמירים שצריכים להתקיים לפני כן - כמו למשל היכולת לשדר את השנייה המוגדרת החדשה בדיוק גבוה דרך סיבי אופטים. ייתכן שזה לא ישנה את האופן שבו אנו מודדים את רגעי חיינו ביום-יום, אך תהיה לכך חשיבות אדירה במדע. זה יהיה כמו להחזיק שעון יד שלא מאבד אפילו שנייה אחת - גם אם ימשיך לפעול במשך מיליארדי שנים.

מקורות:

• קטעים מ- ?What Is A Second And How Will It Change In The Future מאת IFLScience שנכתב ע"י: Dr. Alfredo Carpineti.

• קטעים מ- ?How long is a second מאת LiveScience שנכתב ע"י: Victoria Atkinson.

• קטעים מ- The Centuries-Long Quest to Measure One Second מאת PopularMechanics שנכתב ע"י: Jay Bennett.