Что такое секунда в физике. Слово "секунда" - это что такое? Значение и определение. История внедрения секунды

Еще в древности счет времени основывался на периоде обращения Земли вокруг своей оси. До недавнего времени секунду определяли как 1/86400 часть средних солнечных суток (т. к. продолжительность суток в течение года изменяется). Позднее было обнаружено, что вращение Земли вокруг своей оси происходит неравномерно. Относительная погрешность определения единицы времени в соответствии с этим определением составляла около 10 -7 , что было недостаточно для метрологического обеспечения измерителей времени и частоты. Поэтому в основу определения единицы времени положили период вращения Земли вокруг Солнца - тропический год (т.е. интервал между двумя весенними равноденствиями). Размер секунды был определен как 1/31556925,9744 часть тропического года. Поскольку тропический год также изменяется (около 5 с за 1000 лет), то за основу был взят тропический год, отнесенный к 12 ч эфемеридного времени (равномерно текущее время, определяемое астрономическим путем) 0 января 1900 года, что соответствует 12 ч 31 декабря 1899 г. Это определение секунды было зафиксировано в Международной системе единиц 1960 г. Данное определение позволило на 3 порядка (в 1000 раз) снизить погрешность определения единицы времени.

Успехи квантовой физики позволили использовать частоту излучения или поглощения при энергетических переходах в атомах цезия и водорода для определения размера единицы времени. XIII Генеральная конференция по мерам и весам в 1967 г, приняла новое определение единицы времени - секунды: “Секунда – это время, равное 9192631770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133”.

Выбор количества колебаний произведен таким образом, чтобы привязать “цезиевую” секунду к “тропической”.

В соответствии с определением единицы времени воспроизведение ее осуществляется цезиевым репером (рис. 1.4). Основой эталона является атомно-лучевая трубка. Атомы цезия-133 испускаются нагретым до температуры 100-150 0 С источником 1. Пучок этих атомов попадает в область неоднородного магнитного поля, создаваемого магнитом 2. Угол отклонения атомов в таком магнитном поле определяется их магнитным моментом. Поэтому неоднородное магнитное поле позволяет выделить из пучка атомы, находящиеся на определенном энергетическом уровне. Эти атомы направляются в объемный резонатор 3, пролетая через который взаимодействуют с переменным электромагнитным полем СВЧ. Частота электромагнитных колебаний может регулироваться в небольших пределах.

1 - источник атомов цезия-133; 2, 4 - магниты; 3 - резонатор; 5 – детектор

Рисунок 1.4 - Структурная схема цезиевого репера

При совпадении ее с частотой, соответствующей энергии квантовых переходов, происходит поглощение энергии СВЧ-поля и атомы переходят в основное состояние. Отклоняющей магнитной системой 4 они направляются в детектор 5. Ток детектора при настройке резонатора на частоту квантовых переходов оказывается максимальным. Это служит основой стабилизации частоты в цезиевом репере, в котором электромагнитные колебания кварцевого генератора умножаются до частоты спектральной линии цезия, принятой за рабочую. В резонаторе атомно-лучевой трубки энергия высокочастотных колебаний поглощается атомами цезия.

При отклонении частоты кварцевого генератора (собственная нестабильность частоты равна 10 -8 от номинального значения) интенсивность переходов атомов и, следовательно, плотность атомного пучка на выходе трубки резко сокращается.

Блок автоподстройки, связанный с трубкой, вырабатывает сигнал ошибки, возвращающий частоту кварцевого генератора к номинальному значению. Стабильность цезиевого репера составляет 10 13 . Делитель частоты, находящийся в кварцевых часах, позволяет получить на их выходе требуемые частоты и временные интервалы (в том числе и частоту 1 Гц).

Долговременная стабильность цезиевого репера частоты невелика. Поэтому для хранения единиц времени и частоты в состав государственного первичного эталона входит водородный мазер (рис. 1.5).

1 - стеклянная трубка; 2 - коллиматор; 3 - шестиполюсной осевой магнит; 4 - накопительная ячейка; 5 - резонатор; 6 - многослойный экран

Рисунок 1.5 - Мазер на атомарном водороде

В стеклянной трубке 1 под действием высокочастотного электрического разряда происходит диссоциация молекул водорода. Пучок атомов водорода через коллиматор 2, обеспечивающий его направленность, попадает в неоднородное магнитное поле шестиполюсного осевого магнита 3, где претерпевает пространственную сортировку. В результате последней на вход накопительной ячейки 4, расположенной в объемном резонаторе 5, попадают лишь атомы водорода, находящиеся на верхнем энергетическом уровне. Находящийся внутри многослойного экрана 6 высокодобротный резонатор настроен на частоту используемого квантового перехода. Взаимодействие возбужденных атомов с высокочастотным полем резонатора (в течение примерно 1 с) приводит к их переходу на нижний энергетический уровень с одновременным излучением квантов энергии на резонансной частоте 1420405751,8 Гц. Это вызывает самовозбуждение генератора, частота которого отличается высокой стабильностью (5×10 -14). Значение этой частоты периодически поверяется по цезиевому реперу.

Наряду с водородным мазером для хранения шкал времени в состав государственного первичного эталона единиц времени и частоты и шкал времени входит группа квантово-механических часов. Общий диапазон временных интервалов, воспроизводимых эталоном, составляет 10 -8 ¸10 8 с. Эталон расположен в ГП ВНИИФТРИ г. Москва.

Секунда - это то, на что в повседневной спешке мы обычно не обращаем внимания, считая ее чем-то мелким и несерьезным. В то же время мощнейшие умы прошлого трудились над тем, чтобы научиться правильно определять ее длину. Поэтому давайте попробуем более внимательно рассмотреть значение и происхождение этого термина. Ведь он имеет не одно, а сразу несколько толкований.

Что такое время

Рассматриваемое понятие весьма близко связано с такой важной философской и физической категорией, как время. Поэтому, прежде всего, стоит узнать, что это.

Этим словом именуется мера длительности существования всех объектов во Вселенной. Кроме того, это характеристика последовательной смены состояния всех и каждого предмета в процессах (включая сами процессы), их изменение и развитие.

Также время является одной из координат единого пространства-времени, которое рассматривается в рамках теории относительности.

С точки зрения философии этим термином именуется необратимое течение из прошлого в будущее через настоящее.

Секунда - это что такое?

Рассмотрев, что такое время, стоит перейти к секунде. Она является его единицей измерения. Причем используется как в метрической, так и в американской измерительных системах.

Сокращенное обозначение секунды - это строчная литера «с» в кириллице и «s» в латинице. Иногда используется вариант "сек" или "sec", однако лишь немногие его приемлют.

Другие значения термина

Помимо темпоральной единицы измерения рассматриваемое существительное также имеет несколько дополнительных значений:

Так называется второй или вторящий музыкальный инструмент в оркестре. Например: флейта-секунда.
Также в музыке рассматриваемый термин имеет еще одни способ трактовки. Согласное ему секунда - это вторая ступень звукоряда диатонического и одновременно интервал между его соседними нотами.
Кроме всего перечисленного, данный термин является единицей, с помощью которой измеряются плоские углы. В таком случае секунда обозначается значком «""» сверху возле цифры, как степень: 26 "".Такая секунда - это дольная величина угловой минуты (1/60) или углового градуса (1/3600).
Иногда рассматриваемое существительное употребляется в художественной речи для обозначения весьма короткого временного промежутка. Например: «Всего секунда прошла, как я отвернулась - и он исчез». Или «Мне показалось, что в эту секунду мое сердце выпрыгнет из груди от счастья». В обоих случаях описываемое происшествие могло длиться дольше или наоборот меньше, чем традиционная единица времени. К примеру, не 1, а 5 секунд. Или наоборот - ее половину, четверть, шестую часть и т.п.
Кроме всего прочего, данный термин вместе с единицами длины используется для измерения скорости («V»). В зависимости от системы отличаются используемые единицы длины. Если это Система СГС - V измеряется в сантиметрах на секунду (см/с). Если система СИ - в метрах на секунды скорость измеряется (м/с).

Происхождение изучаемого существительного

Рассматриваемый термин пришел во все современные языки из латыни. Он был образован от слова secund, что значит «второй/вторая» (отсюда в английском языке сохранилось порядковое числительное second). Кстати, в таком значении термин остался в музыке (вторая ступень, второй музыкальный инструмент).

Как же связано числительное и промежуток времени? Очень просто. Дело в том, что в Древнем Риме один час делился дважды на шестьдесят. Первое такое деление (в результате которого выделялись минуты) именовалось prima divisio, а второе - secunda divisio. Образованные таким способом части часа постепенно стали именовать в честь самого способа деления - «секундами».

В средневековой латыни, которая была несколько далека от оригинального языка римлян, начали использоваться другие выражения: pars minuta prima («первая мелкая часть») и pars minuta secunda («вторая мелкая часть»). Речь тоже шла о делении часа на минуты и секунды.

Широкое распространение в качестве названия промежутка времени изучаемое существительное приобрело во всем мире лишь в семнадцатом-восемнадцатом столетиях. Однако в Англии этот термин учеными применялся еще в тринадцатом веке.

История внедрения секунды

На протяжении всей истории науки Древнего Мира при вычислении времени ученые выделяли мелкие промежутки времени. Они позволяли вычислять невидимые глазу процессы вроде химических или физических реакций и т.п.

Первые часы с секундной стрелкой появились уже в шестнадцатом веке. Однако в те годы размер секунды постоянно колебался.

Как единица измерения промежутков времени в точных науках секунда впервые была использована в 1832 г. Подобная идея принадлежала немецкому математику Карлу Фридриху Гауссу.

Однако чтобы данное нововведение было принято прочими учеными мужами, понадобилось еще тридцать лет, по истечению которых Британская Научная Ассоциация постановила всем своим членам использовать эту единицу измерения времени.

В дальнейшем, вслед за Англией, вся Европа постепенно перешла на секунды. Первыми это сделали страны, у которых активно развивалась наука. Ведь для проведения различных экспериментов необходимо было знать точное время с секундами. Особенно если учесть, что к концу девятнадцатого века ученые всего мира активно изучали молекулярную и атомную химию и физику. А, как известно, некоторые соединения способны существовать и не распадаться всего несколько секунд. Чтобы иметь возможность их выделить и изучить, нужно было четко знать время их "жизни".

В будущие годы рассматриваемая единица стала столь популярной, что постепенно была включена во многие системы измерения:

СГС (сантиметр - грамм - секунда);
МКС (метр - килограмм - секунда);
МКСА или система Джорджи (метр - килограмм - секунда - ампер) и другие.

Стоит отметить, что тогда еще применялась солнечная секунда, вычисляемая по солнечным суткам.

Секунда атомного времени

К средине ХХ в. ученые экспериментально доказали, что Земля вращается вокруг своей оси и Солнца не всегда равномерно, как это считалось ранее.

Она то замедляется, то наоборот ускоряется в виде нерегулярных скачков. Из-за этого в разные периоды времени величина секунд могла отличаться. Чтобы исправить это упущение, виднейшие математики и физики пытались вычислить средний солнечный год или же составить таблицы изменения его длины.

Однако в дальнейшем ситуация решилась более простым способом. В начале шестидесятых в качестве эталона для стали применять не солнечные сутки и их дольные единицы, а атомные.

Они измерялись при помощи так называемых атомных часов. Этот прибор вычислял время, ориентируясь на колебания, связанные с реакциями, происходящими в атомах и молекулах.

С помощью подобного нововведения было изменено определение размера одной секунды. Начиная с 1967 г. и по сей день данная величина равна 9 192 631 770 плюс/минус 20 периодам излучения от элемента цезий-133 при температуре, равной 0 Кельвинов, без воздействия внешних полей.

Стоит отметить, что современная атомная секунда немного короче, нежели предшествующая ей солнечная. Однако особого влияния на более крупные единицы времени эта разница не оказала.

Минуты, часы и сутки

Являясь единицей измерения времени, секунда соотносится с такими понятиями, как минуты, часы и сутки.

Стоит обратить особое внимание на то, что в данном случае действует не десятичная система исчисления, а шестидесятеричная. Согласно ей одна минута равна 60 секундам, а один час - 3600 секундам (60 минут).

Поскольку в сутках не шестьдесят, а всего двадцать четыре часа, то получается, что в них 86400 секунд.

При желании можно соотнести рассматриваемую величину с более крупными единицами вроде недели (604800 с), месяца (2 678 400 с или 2592000 с), года (31 557 600 с, если речь идет о 365,25 днях). Однако числа получаются слишком большими и неудобными для расчетов.

Кратные единицы секунды в системе СИ

Помимо календарных единиц рассматриваемый термин также соотносится с системой СИ и ее элементами. Поскольку она строится на десятеричном методе исчисления, то приведенный выше способ перевода секунд в минуты или часы не приемлем для СИ. Чтобы найти кратные единицы, нужно умножать не на шестьдесят, а на десять.

Давайте рассмотрим наиболее известные кратные единицы секунды. Чаще всего в вычислениях в физике и астрономии применяются килосекунды (10 3), мегасекунды (10 6), гигасекунды (10 9) и терасекунды (10 12).

Реже - петасекунды (10 15), эксасекунды (10 18), зеттасекунды (10 21) и иоттасекунды (10 24).

Также учеными выделены декасекунды (10 1) и гектосекунды (10 2), однако на практике они почти никогда не используются.

Дольные единицы

Хотя секунда сама по себе весьма крохотная, в системе СИ из нее выделяются еще меньшие дольные единицы.

Самые известны из них - миллисекунды (10 -3), микросекунды (10 -6) и наносекунды (10 -9).

Чуть реже используются пикосекунды (10 -12), фемтосекунды (10 -15), аттосекунды (10 -18), зептосекунды (10 -21) и иоктосекунды (10 -24).

И почти неприменимы на практике - децисекунды (10 -1) и сантисекунды (10 -2).

Человек живёт во времени и пространстве, и уже в глубокой древности появилась необходимость измерять время и длину - характеристику пространства. Измерить - значит сравнить измеряемую величину с другой величиной того же рода, называемой единицей измерения . Эта единица должна быть чётко определённой и неизменной величиной - эталоном. Созданием эталонов занимается наука, именуемая метрологией. За эталон времени принята секунда, за эталон длины - метр. Но вот как их определить? Скажем, секунда - это промежуток времени, в течение которого... что? Метр - это расстояние, равное... чему? Эти вопросы отнюдь не просты. Посмотрим, как отвечает на них современная метрология.

Время

Эталоны для измерения времени должны быть основаны на периодических процессах, период которых постоянен с большой точностью. Первоначально единственным известным процессом такого рода было вращение Земли вокруг своей оси, и единица времени - секунда - определялась как 1/86 400 часть периода этого вращения, то есть суток. Длительность же суток определялась из двух последовательных наблюдений прохождения какого-нибудь небесного светила через плоскость меридиана места наблюдения. Уже древние астрономы убедились в том, что длительность интервала между двумя прохождениями Солнца через плоскость меридиана не совпадает с длительностью интервала, определённого по наблюдениям любой из «неподвижных» звёзд: солнечные сутки оказались на 4 минуты больше звёздных . Это следствие движения Земли по орбите (вращение Земли вокруг оси и её орбитальное движение происходят в одном направлении). Пользоваться звёздным временем неудобно, так как вся наша жизнь связана со сменой дня и ночи, с солнечными сутками. Но определить их продолжительность с большой точностью весьма сложно: во-первых, Солнце слишком «велико»; во-вторых, солнечное излучение нагревает и деформирует точные приборы и, наконец, длительность солнечных суток изменяется в течение года вследствие изменения скорости движения Земли по орбите. Поэтому непосредственное определение периода вращения Земли выполняется по наблюдению звёзд, а для практических целей учитывают разницу между звёздными и солнечными сутками. Так возникло своеобразное положение, при котором мы пользуемся солнечным временем, определяя его по звёздам.

Так как истинные солнечные сутки не остаются одинаковыми в течение года, то в повседневной жизни за основную единицу времени принимают средние солнечные сутки , рассчитанные в предположении равномерного движения Земли по орбите. Время в таких сутках называют средним временем . Понятно, что его значение меняется с изменением географической долготы места: когда в Москве 12 часов дня, то, скажем, в Красноярске уже 16 часов, то есть возникает понятие местного времени . Местное среднее время на Гринвичском меридиане называют всемирным временем и обозначают UT (Universal Time) . Это всемирное время положено в основу создания нескольких астрономических шкал времени.

Прежде всего заметим, что, хотя UT - среднее солнечное время, то есть определено из условия равномерного движения Земли по орбите, на его основе трудно создать равномерную шкалу по той причине, что положение любого меридиана, и в частности Гринвичского, подвержено изменениям из-за вращения Земли. Происходит это потому, что Земля - не абсолютно твёрдое тело: массы в ней непрерывно перераспределяются, вследствие чего полюса Земли незначительно (до 10–15 м) меняют положение, вызывая смещение меридианов, их соединяющих.

Существует несколько модификаций шкал всемирного времени. Из наблюдений суточных движений звёзд получается всемирное время UT 0, не образующее равномерной шкалы. Если учесть поправку за смещение мгновенного полюса относительно его среднего положения, получим более равномерную шкалу UT 1. Если принять во внимание ещё и сезонные вариации угловой скорости вращения Земли, получим более равномерную шкалу UT 2. Наконец, учёт действия приливных явлений даёт шкалу UT 1R .

Неравномерность суточного вращения и орбитального движения Земли не позволяет создать строго равномерные шкалы времени. Поэтому была введена ещё одна шкала - эфемеридное время, названное позже динамическим временем . Под ним понимают аргумент в дифференциальных уравнениях движения тел Солнечной системы в гравитационном поле. Это равномерно текущее время используют при определении эфемерид (элементов кеплеровой орбиты) спутников.

Любое время измеряют при помощи часов. После того как Галилей создал теорию маятника, а Гюйгенс изобрёл вращающийся балансир, появились маятниковые часы. И вскоре лучшие из них позволили обнаружить систематическое замедление суточного вращения Земли, вызванное океаническими приливами.

После изобретения кварцевых часов, в которых роль колебаний маятника играют упругие колебания кварцевых пластинок под действием электрического напряжения (пьезоэффект), было установлено, что и при учёте регулярного замедления длительность суток всё же непостоянна - она может изменяться в обе стороны на тысячные и даже сотые доли секунды.

К середине XX века стало ясно, что точность лучших часов превзошла точность нашего природного эталона времени - суток. Возможности астрономических методов измерения времени оказались исчерпанными.

Принципиально новые и более точные методы измерения времени пришли из радиоспектроскопии и квантовой электроники.

Каждый атом или молекула избирательно поглощает или излучает не только свет, но и радиоволны определённой длины волны λ, или частоты f , которые характеризуются непревзойдённым постоянством. Это позволило создать квантовые стандарты частоты, а следовательно, и времени (вспомним, что частота - величина, обратная периоду, то есть времени одного колебания) и построить шкалу атомного времени AT , задаваемую конкретным атомным или молекулярным эталоном.

Шкала АТ практически совершенно равномерна. В ней единицей измерения служит атомная секунда - промежуток времени, в течение которого совершается 9 192 631 770 колебаний, соответствующих резонансной частоте энергетического перехода между уровнями сверхтонкой структуры основного состояния атома цезия-133 (133 Cs). Другими словами, за атомную секунду совершается число периодов колебаний цезиевого генератора, равное его частоте, составляющей 9 192 631 770 Гц (~ 9,2 Ггц). Стабильность этой частоты очень высока (то есть относительная нестабильность Δf /f , где Δf - уход частоты, очень мала). Кроме цезиевого в качестве стандартов частоты используют также рубидиевый и водородный генераторы (последний наиболее стабилен, см. таблицу).

Существует Международное атомное время ТАI (от французского названия Temps Atomic International ). Оно устанавливается на основе показаний атомных часов в различных метрологических учреждениях в соответствии с приведённым выше определением атомной секунды.

Так как шкалы AT и UT не согласуются между собой, введена промежуточная шкала, называемая всемирным координированным временем UTС (Universal Time Coordinated ). Это атомное время, которое корректируется на 1 с, когда его расхождение с UT 1 превышает 0,5 с. Коррекция производится в последнюю секунду 30 июня или 31 декабря либо в обе даты.

Приведённое выше определение атомной секунды принято международными организациями в 1967 году, и в том же году на основе этого определения в СССР был создан новый Государственный эталон времени и частоты. Современный его вариант включает в себя цезиевый и водородный генераторы и обеспечивает хранение и воспроизведение секунды и герца с погрешностью, близкой к 1·10 -14 .

Длина

Обратимся теперь к единице длины - метру. Его история также довольно интересна. Впервые понятие метра появилось во Франции в период Великой французской революции. Учёные того времени решили заимствовать единицу измерения длины, так сказать, из самoй природы, и в качестве неизменного прототипа длины специальная комиссия Французской академии наук предложила взять длину одной десятимиллионной доли четверти Парижского меридиана. Это расстояние и назвали метром (metre vrai et definitif - метр подлинный и окончательный). После этого были проведены измерения длины дуги Парижского меридиана между Дюнкерком и Барселоной, на основании которых, а также в соответствии с теоретическим определением изготовили образец метра в виде платиновой линейки - концевой меры шириной около 25 мм и толщиной 4 мм. Эта мера сдана в архив Французской республики, поэтому её в дальнейшем стали называть «архивным метром». Но далее оказалось, что вследствие всё возрастающей точности геодезических измерений значения метра и соответствующей части меридиана будут расходиться. Кроме того, длина меридианов, как уже отмечалось выше, не остаётся строго постоянной из-за смещения полюсов. И тогда решили больше не связывать значение меры длины с одной сорокамиллионной частью Парижского меридиана. Метр перестал быть «естественной» мерой.

За точное значение метра был принят так называемый международный прототип, выбранный следующим образом. Изготовили 31 эталон в форме стержней Х-образного сечения из платино-иридиевого сплава с двумя штрихами, расстояние между которыми равно размеру метра, и провели сравнение этих эталонов с «архивным метром». В пределах точности измерений эталон № 6 при 0 о С оказался равным длине «архивного метра», и в 1889 году на I Генеральной конференции по мерам и весам его приняли в качестве международного прототипа метра. Он хранится в Международном бюро мер и весов в городе Севре (близ Парижа). Из оставшихся 30 эталонов 28 были распределены по жребию между странами, участвовавшими в конференции 1889 года, а два оставлены как «эталон-копия» и «эталон-свидетель». Россия получила два эталона метра: № 11 и № 28. Последний декретом Совнаркома в 1918 году был узаконен в качестве государственного эталона или прототипа метра для СССР. Он хранится (до сих пор) во ВНИИМ им. Д. И. Менделеева в Санкт-Петербурге и используется только для сравнения с ним вторичных эталонов или эталонов-копий.

Так как существующие эталоны хотя и очень мало, но всё же изменяются с течением времени и метр нельзя считать естественной мерой единицы длины, метрологи задались вопросом: нельзя ли всё-таки установить естественный эталон длины, «привязав» его к стабильным природным процессам или явлениям. И здесь, как и в случае с эталоном времени, решение пришло из спектроскопии и квантовой электроники. Поскольку, как уже отмечалось, частоты и длины волн атомов и молекул отличаются исключительным постоянством, это природные константы, и поэтому в принципе атом или молекула каждого (любого) вещества обладает свойствами эталона частоты и длины.

С развитием точных методов интерферометрических измерений появилась идея выразить метр в длинах световых волн, и в 1927 году VII Генеральная конференция по мерам и весам постановила: 1 метр равен 1 553 164,13 длины волны красной линии кадмия при определённых условиях (температуре, давлении и пр.) К 30-м годам ХХ века точность интерферометрических измерений превысила ширину штрихов на эталоне метра и его копиях. И в 1960 году XI Генеральная конференция по мерам и весам приняла новое определение метра: он стал равен 1 650 763,73 длины волны излучения в вакууме, соответствующей оранжевой линии спектра изотопа криптона с атомным весом 86 (86 Kr). Поскольку эта линия намного более узкая, чем у кадмия (чему, в частности, способствует то, что криптоновую лампу помещают в криостат с жидкой углекислотой), новое определение метра повысило точность эталона длины примерно в 100 раз.

Однако она в относительной мере была на четыре порядка ниже точности, достигнутой в эталонах времени. Это, в частности, ограничивало точность измерения скорости света. Действительно, она определялась путём измерения времени распространения света на базисе известной длины. Но если время можно было измерить с погрешностью порядка 10 –12 –10 –13 , то точность измерения длины базиса лимитировала точность криптонового эталона длины.

В том же 1960 году, когда за эталон длины приняли криптоновый стандарт, был создан принципиально новый источник излучения - лазер, и началось бурное развитие лазерной техники. Обнаружилось, что газовый лазер на смеси гелия и неона (Не-Nе) может генерировать чрезвычайно узкие спектральные линии (так называемые продольные моды, см. «Наука и жизнь» № 9, 2003 г.) - гораздо y же, чем у криптонового стандарта. Однако частоты этих линий могут «плавать», меняться неконтролируемым образом (например, вследствие изменения длины резонатора). Поэтому, чтобы получить источник света намного лучший, чем криптоновая лампа, необходимо стабилизировать частоту лазерного излучения. Такой стабилизации достигли использованием молекулярных линий поглощения некоторых газов, у которых частота одной из линий поглощения близка к частоте излучения лазера. Например, гелий-неоновый лазер может генерировать на трёх длинах волн: 0,63, 1,15 и 3,39 мкм; при этом линии с длиной волны 0,63 мкм весьма точно соответствует линия поглощения молекулы паров йода I 2 , а линии с длиной волны 3,39 мкм - линия поглощения молекулы метана СН 4 . Ячейку с поглощающим газом помещают внутрь резонатора лазера. Если изменять длину резонатора, настраивая лазерную частоту на центр спектральной линии поглощающего газа, в излучении лазера появляется резонансный пик с предельно узкой шириной спектра. Это состояние непрерывно поддерживает система автоподстройки длины резонатора. Лазеры на Не-Nе/I 2 127 и особенно Не-Ne/CH 4 обеспечивают генерацию очень узких линий излучения со стабильностью частоты того же порядка, что и в стандартах времени. Естественно, возникла мысль об использовании стабилизированных лазеров в качестве стандартов длины вместо криптонового эталона. Этому способствовало ещё одно обстоятельство.

В начале 1970-х годов в США, Англии и СССР были выполнены эксперименты по уточнению скорости света в вакууме с , основанные на независимом измерении частоты ν и длины волны λ высокостабильного лазера (произведение νλ равно с ). Обработка результатов этих экспериментов дала значение с = 299 792 458 ± 1,2 м/с с относительной погрешностью 4·10 –9 . До этих экспериментов она была равна 3·10 –7 , то есть измерения скорости света с использованием стабилизированных лазеров повысили точность примерно на два порядка. Но дальнейшее уточнение значения с было невозможно, так как величина 4·10 –9 практически целиком обусловлена недостаточной точностью криптонового эталона длины, сравнением с которым вычислялась длина волны λ. Выход из этого положения оказался довольно неожиданным и оригинальным. Было решено: не будем стремиться уточнять с , а примем полученное значение 299 792 458 м/с за мировую константу. Поскольку скорость связывает расстояние и время, это позволило дать новое определение метра - через единицу времени. И в 1983 году на XVII Генеральной конференции по мерам и весам постановили: «Метр - это расстояние, проходимое светом в вакууме за 1/299 792 458 долю секунды».

Это определение полностью отменяет криптоновый эталон длины и вообще делает метр не зависящим ни от какого источника света. Но зато придаёт ему зависимость от размера секунды, а значит, и герца - единицы частоты. Так впервые была установлена связь между длиной, временем и частотой. Эта связь привела к идее о создании единого эталона времени - частоты - длины (ВЧД), основанного на соотношении λ = с /ν , где λ - длина волны излучения стабилизированного лазера, ν - его частота. Плодотворность этой идеи в том, что частоту можно измерить с погрешностью, обеспеченной современным эталоном частоты (скажем, 10 -13 и менее). А так как значение с фиксировано, то и значение λ будет определено с той же погрешностью, что по крайней мере на четыре порядка точнее, чем при использовании прежнего криптонового эталона длины.

Однако эталон частоты, задающий атомную секунду, - цезиевый генератор, частота которого f эт = 9 192 631 770 Гц лежит в радиодиапазоне. И чтобы измерить частоту лазера ν сравнением с эталонной частотой, надо осуществить переход эталонной частоты в оптический диапазон, то есть умножить её до оптических значений. Однако эталонная частота имеет нецелочисленную величину и неудобна для преобразований. Поэтому обычно вместо цезиевого генератора используют более низкочастотный кварцевый генератор с удобным значением частоты, например 5 Мгц. Но такой генератор имеет гораздо меньшую стабильность частоты и сам по себе служить эталоном не может. Необходимо стабилизировать его частоту по цезиевому стандарту, придав ему такую же стабильность.

Это осуществляется при помощи схемы фазовой автоподстройки частоты. Низкая частота кварцевого генератора f кв увеличивается радиотехническими средствами в некоторое число (n ) раз и в смесителе вычитается из частоты цезиевого эталона f эт. Подбором конкретных значений n и f кв разностную частоту (f эт – nf кв) можно сделать приблизительно равной частоте кварцевого генератора: (f эт – nf кв) = f кв.

Сигнал разностной частоты (f эт – nf кв) после усиления поступает на один вход фазового детектора, а на другой его вход подаётся сигнал частоты f кв от кварцевого генератора. На выходе фазового детектора возникает напряжение, величина и знак которого зависят от отклонения разностной частоты от частоты f кв. Это напряжение поступает на блок управления частотой кварцевого генератора, сдвигая её до тех пор, пока она не станет точно равной разностной частоте. Другими словами, любая расстройка частот (f эт – nf кв) и f кв вызывает появление управляющего сигнала, сводящего эту расстройку к нулю, благодаря чему частота кварцевого генератора автоматически поддерживается неизменной и её стабильность оказывается практически равной стабильности цезиевого эталона. Теперь можно осуществлять передачу этой частоты в оптический диапазон.

Для этой цели используется радиооптический частотный мост (РОЧМ), в котором при помощи многозвенной цепочки различных СВЧ-генераторов и промежуточных лазеров субмиллиметрового и инфракрасного диапазонов выполняется последовательное умножение эталонной частоты 5 МГц до значений 10 14 Гц. Так создаются эталоны частоты в оптическом диапазоне - оптические стандарты частоты. В качестве таких стандартов утверждены пять стабилизированных газовых лазеров.

Следовательно, эталон длины, воспроизводящий метр в его новом определении, реализуется при помощи атомного (цезиевого) эталона времени и частоты, дополненного РОЧМ. Этот комплекс и представляет собой единый эталон ВЧД. При этом характерно, что размеры всех единиц - единицы времени (секунды), частоты (герца) и длины (метра) - задаются всего двумя природными константами: резонансной частотой перехода в атоме цезия-133 и скоростью света в вакууме.

Следует упомянуть, что в последнее время найдена более перспективная возможность создания единого эталона ВЧД, связанная с разработкой фемтосекундных «оптических часов», способных служить также «оптическим метром» («Наука и жизнь» № 9, 2003 г.). При этом отпадает необходимость в цепочке передачи благодаря генерированию высокостабильной «оптической гребёнки» в чрезвычайно широком диапазоне спектра. Такая гребёнка, воспринимаемая как белый свет, возникает при прохождении фемтосекундных импульсов от лазера на сапфире с титаном через оптическое волокно со специально созданной микроструктурой. Подробности о такого рода разработках можно найти в нобелевской лекции Дж. Холла, опубликованной на русском языке под названием «Определение и измерение оптических частот: перспективы оптических часов - и не только» (УФН, 2006, № 12).

Кроме того, была найдена возможность повышения точности цезиевого эталона времени. Ещё в 1997 году Международное бюро мер и весов подчеркнуло, что в определении атомной секунды фигурирует атом цезия, который покоится при температуре абсолютного нуля (по шкале Кельвина). В новейших модификациях цезиевых часов (которые называют фонтанными) это условие почти идеально достигается путём лазерного охлаждения атомов. С использованием такого метода в американском Национальном институте стандартов и технологии (NIST) были построены эталонные цезиевые часы, обеспечивающие относительную точность воспроизведения единицы времени - секунды - порядка 3·10 –16 (уход часов составляет 1 секунду за 70 миллионов лет). Но ещё более перспективны стандарты частоты, основанные на переходах в ионах ртути, иттербия или стронция, излучающие не в микроволновом, а в оптическом диапазоне. Точность отдельных лабораторных разработок таких оптических часов уже сейчас достигает 2·10 –15 , а в принципе они могут обеспечить точность воспроизведения единиц времени и частоты на уровне 10 –17 –10 –18 . К такой точности вплотную подошли японские исследователи. В экспериментальном образце стронциевых оптических часов, разработанном в Токийском университете группой Хидетоси Катори, ионы стронция находятся в оптической ловушке на перекрестье шести лазерных лучей, под воздействием которых они удерживаются в «энергетических ямах», почти не взаимодействуя и излучая свет исключительно стабильной частоты. Точность стронциевых часов в тысячу раз превосходит точность цезиевых, используемых сегодня в качестве эталона времени и частоты. Предполагают, что вскоре эталон будет заменён и применение таких сверхточных оптических часов позволит соответственно увеличить точность единого эталона времени-частоты-длины.

С древних времен человек пытался понять, что такое время. И, разумеется, измерить его. Чего только не придумали люди за многие столетия — от водяных, песочных и солнечных часов до астрономических и механических. Большинство из них не были слишком точными, но это никого всерьез не беспокоило. Все изменилось в эпоху Великих географических открытий: для морской навигации позарез требовались точные часы, поскольку ошибка в определении местоположения приводила к потере кораблей, людей и товаров. В XVIII веке сразу несколько морских держав (Испания и Португалия, Голландия, Франция и Великобритания) учредили крупные денежные премии за создание точных часов, которые можно было использовать для навигационных измерений. Британскую премию выиграл часовщик-самоучка Джон Харрисон, который сконструировал часы со среднесуточным уходом в две секунды (это при том, что часы тогда считались особо точными, если имели минутную стрелку), что приводило к навигационной ошибке всего в десять морских миль.

От солнечной секунды до маятника

Промышленная и научная революция также требовали точного измерения времени. Первым общепринятым эталоном секунды стало ее астрономическое определение, согласно которому 1 с равна 1/86 400 солнечных суток. Позднее выяснилось, что Земля вращается не совсем равномерно, и определение уточнили — «средних солнечных суток». Потом стало ясно, что в связи с замедлением вращения Земли (в основном за счет воздействия приливных сил со стороны Луны) такая секунда слишком нестабильна для эталона, и определение сменили. Новая секунда, введенная в 1957 году, базировалась на эфемеридах, то есть орбитальном движении Земли вокруг Солнца, и определялась как 1/31 556 925 9747 доля продолжительности конкретного (1900-го) тропического года. Но хотя этот эталон был более стабильным, чем солнечная секунда, он практически применялся только в астрономии, поскольку воспроизводить его в лаборатории было весьма затруднительно.

Среднемесячный уход современных кварцевых наручных часов составляет обычно несколько секунд. Производители оснащают некоторые модели системой автоматической коррекции по радиосигналам точного времени (работает в некоторых странах) или даже по сигналам спутников GPS. А в 2011 году американская компания Symmetricom представила сверхкомпактные атомные часы в размере микрочипа SA.45s Quantum Chip Scale Atomic Clock (CSAC) — 4х3,5х1,1 см и массой всего 35 г, CSAC потребляет всего 0,1 Вт и обеспечивает точность в 10^(−11)−10^(−12) (уход примерно в 1 секунду за 3−30 тысяч лет). На основе этого чипа можно изготовить наручные атомные часы, хотя, конечно, основная область его использования — это создание автономных (без синхронизации с GPS) сверхточных генераторов частоты, нужных для военных, научных, промышленных и других применений.

Гораздо большее распространение на практике получили старые добрые маятниковые часы, конструкция которых базировалась на классических трудах Галилео Галилея. К началу XX века, пройдя три столетия эволюции, конструкции таких часов достигли достаточного совершенства, чтобы обеспечить измерение интервалов времени с относительной погрешностью порядка 10 -7 , что соответствует среднегодовому уходу в единицы секунд. Такую точность обеспечивали часы, созданные британским инженером Уильямом Шортом в 1921 году. Часы с циферблатом и стрелками, приводимыми в движение секундным маятником, синхронизировались с помощью электрической цепи по второму, эталонному секундному маятнику, который качался в колбе с разреженной атмосферой. В СССР эти часы были значительно усовершенствованы физиком и механиком Феодосием Федченко, который в 1950-х во Всесоюзном научно-исследовательском институте физико-технических и радиотехнических измерений (ВНИИФТРИ) создал механизм АЧФ (Астрономические часы Федченко) с изохронным маятником, обеспечивавший точность порядка 10 -8 (секунда за десять лет). Эти часы (наряду с появившимися в то время кварцевыми) использовались в практических целях до 1980-х, еще несколько десятилетий после того, как в 1967 году было введено новое определение секунды. Новая секунда перестала быть привязана к каким-либо астрономическим измерениям, а стала равна 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя уровнями сверхтонкой структуры изотопа цезия-133.

Атомный маятник

Идею использовать атомы в качестве стабильного маятника выдвинул лорд Кельвин в 1879 году. Правда, тогда технология еще не обеспечивала возможность ее реализации, поэтому первые эксперименты начались только через 60 лет. В 1940 годах американские физики из Колумбийского университета под руководством Исидора Раби экспериментировали с цезием-133, а в Национальном бюро стандартов разработали свой эталон на основе аммиака, который, впрочем, по точности уступал кварцевым осцилляторам. Решающий шаг сделал Норман Рэмси из Гарвардского университета, предложивший концепцию «разнесенных осциллирующих полей», которая легла в основу атомных часов, а самому Рэмси принесла Нобелевскую премию за 1989 год.

Цезиевые атомные часы первого поколения, а точнее — их главная часть, сверхточный генератор (репер), представляли собой длинную вакуумную трубу, в которую с помощью тепловой пушки выстреливался пучок атомов цезия-133. Атом цезия может находиться в одном из двух энергетических состояний, и восьмиполюсный магнит на входе отсеивал одно из них. Далее пучок пролетал через резонатор Рэмси, где пучок микроволн, настроенных на частоту перехода между этими состояниями, переводил часть атомов в другое состояние. На выходе из трубы магнит отсеивал часть атомов, которые не изменили своего состояния, а остальные направлял на детектор. Изменяя частоту микроволн, можно добиться того, чтобы как можно больше атомов изменяло свое состояние при пролете резонатора, и в момент достижения максимума эта частота будет в точности соответствовать частоте перехода в атоме цезия, равной 9 192 631 770 Гц (этот процесс похож на настройку радиоприемника, когда вы крутите ручку, добиваясь максимальной громкости и чистоты сигнала).

«Точность подобных часов может достигать порядка 10 -14 , — объясняет Виталий Пальчиков, заместитель начальника Главного метрологического центра государственной службы времени и частоты (ГМЦ ГСВЧ, входит в состав ВНИИФТРИ) по научной работе. — Более точными такие часы сделать нельзя, потому что процесс происходит при комнатной температуре, и тепловое движение атомов приводит к появлению эффекта Доплера, то есть уширению резонансной линии до 100 Гц. Для повышения точности нужно охладить атомы до низких температур, и такой способ был придуман. Его в свое время предложил советский физик Владилен Летохов, а позднее его идею развили Чу, Коэн-Таннуджи и Филлипс, за что в 1997 году получили Нобелевскую премию по физике. Метод лазерного охлаждения заключается в том, что атомы взаимодействуют с двумя лазерными лучами, имеющими перпендикулярную поляризацию, и испытывают ряд переходов, отдавая энергию и замедляясь, то есть охлаждаются до нескольких сотен микрокельвинов — это называется Сизифово охлаждение». В 1997 году Международное бюро мер и весов уточнило определение секунды: атом цезия должен покоиться при температуре, близкой к абсолютному нулю, и вскоре в мире появились первые часы фонтанного типа.

Часовые фонтаны

«Они действительно похожи на фонтан, — говорит Виталий Пальчиков. — Облако атомов цезия, охлажденное до очень низких температур, захватывают в оптическую ловушку и подбрасывают с помощью лазерных лучей через СВЧ-резонатор. А потом лазеры отключаются, и атомы под действием силы тяжести медленно падают вниз сквозь этот же резонатор. В качестве селектора и детектора используется еще один лазер, взаимодействующий с облаком холодных атомов. Такой генератор имеет точность порядка 3−5 10 -16 , то есть 1 секунда за 300 млн лет, и сейчас используется практически во всех основных метрологических центрах в различных странах мира, у нас во ВНИИФТРИ два таких фонтана. Точность этих часов сейчас пытаются повысить. Основной источник нестабильности частоты фонтана — это чернотельное излучение оборудования, и его пытаются либо убрать за счет криогенного охлаждения, как это делают в американском Национальном институте стандартов (NIST), либо, как это делаем мы и французские исследователи, путем моделирования и учета соответствующих поправок».

Разработки и открытия, которые в настоящее время применяются в атомных часах, принесли своим авторам четыре нобелевские премии. Норман Рэмси в 1989 году получил высшую научную награду за изобретение метода разнесенных осциллирующих полей; Стивен Чу, Клод Коэн-Таннуджи и Уильям Филлипс в 1997 году — за разработку метода лазерного охлаждения атомов; Джон Холл и Теодор Хенш в 2005 году — за сверхточную лазерную спектроскопию (методы преобразования оптических частот — радиочастотный мост), Серж Арош и Дэвид Вайнленд в 2012-м — за методы манипуляции и измерения параметров отдельных атомов.

Фонтанный генератор — это главная, но не единственная часть эталона времени и частоты. «Это так называемый репер, своеобразный камертон, который может в любой момент воспроизвести величину единиц измерения, — поясняет Игорь Норец, начальник отдела эксплуатации государственного первичного эталона единиц времени, частоты и национальной шкалы времени ГМЦ ГСВЧ. — Он не работает постоянно, а лишь включается время от времени. А для поддержания непрерывной шкалы времени используются хранители частоты — водородные СВЧ-генераторы (мазеры). На долговременных интервалах порядка суток их частота дрейфует, но по хорошо известному закону, и это можно учесть при расчете национальной шкалы. В нашем ГМЦ ГСВЧ таких хранителей девять. Производит их Нижегородский научно-исследовательский приборостроительный институт «Кварц», и это, пожалуй, самые точные в мире водородные генераторы. В итоге российская шкала является одной из пяти самых точных в мире — наряду с немецкой (PTB), двумя американскими (USNO, NIST) и шкалой Парижской обсерватории. Отклонения от международной шкалы составляют не более 5 нс».

Оптические стандарты

Дальнейшее совершенствование эталона связано в первую очередь с разработкой оптических стандартов частоты. «В новых эталонах будут использоваться не переходы на радиочастотах, а оптические. Их частоты на много порядков выше, а значит, выше точность, — говорит Сергей Слюсарев, начальник отдела оптических стандартов частоты ВНИИФТРИ. — Такие оптические стандарты уже разрабатываются во многих исследовательских институтах, в том числе и у нас, они основаны на взаимодействии лазерного излучения с отдельными атомами или ионами алюминия, стронция или ртути, захваченными в магнитооптические ловушки. Уже сейчас существуют отдельные экспериментальные образцы с точностью воспроизведения частоты порядка 10 -17 -10 -18 . Скорее всего, в 2020-х годах состоится переход на такие стандарты, что повысит точность временной шкалы на один-два порядка».

«Каждые десять лет требования потребителей к точности часов возрастают на порядок, то есть в десять раз, — говорит Виталий Пальчиков. — Зачем нужны такие точные часы

В первую очередь для той же самой задачи, для которой они понадобились триста лет назад: для навигации. И не только спутниковой. Часы на базе оптических эталонов многое дадут и науке, и промышленности. Они достаточно точны, чтобы их можно было использовать для прямых гравиметрических измерений, — а это принципиально новый подход к навигации, поиску полезных ископаемых, да и вообще изучению нашего мира».

Самые точные наручные или настенные часы грешат против эталонного времени в миллиарды раз. Впрочем, в быту и не нужна точность до долей микросекунды. Но она совершенно необходима в исследовании космоса, для создания систем навигации, управления воздушным движением, повышения качества теле- и радиопередач и многих других целей.

Эталон времени - особенный. Все остальные эталоны вводятся в действие периодически, для сличения с ними вторичных и рабочих эталонов. Но эталон, хранящий шкалу времени, нельзя остановить, как нельзя остановить время. Он работает всегда. Есть такой афоризм: время - очень простое понятие, пока вы не пытаетесь объяснить его кому-нибудь. С полным основанием эти слова можно отнести и к эталону времени. Меньше всего он напоминает часы, а оборудование и научные подразделения, которые обеспечивают эксплуатацию эталона, занимают большое здание. Находится оно во Всероссийском научно-исследовательском институте физико-технических и радиотехнических измерений (ВНИИФТРИ) под Москвой.

Эталон времени - это сложный комплекс, в который входят цезиевые реперы (генераторы, дающие строго определенную частоту) и водородные хранители частоты, хранители шкал времени, приборы для измерения временных интервалов и другая аппаратура. Некоторые составляющие эталона уникальны, например радиооптический частотный мост, который служит для измерения частот излучения лазеров. В мире кроме России такой мост есть только в Канаде, во Франции, в США и Великобритании. Российский государственный эталон времени входит в группу лучших мировых эталонов, его относительная погрешность не превышает 5.10-14, то есть 0,00000000000005 секунды. За полмиллиона лет эталон даст погрешность в одну секунду.

А вот история этого вопроса:

Вследствие изменения продолжительности суток, которые увеличиваются в среднем на 1 мс за век под влиянием приливных сил Луны, было пересмотрено определение секунды. Вместо 1/86 400 части средних солнечных суток ее длительность с 1960 г. определяется как 1/315 569 259 747 часть солнечного (или тропического) года по состоянию на 12 часов эфемеридного времени января 1900 г.

В 1958 г. секунда принята равной 9 192 631 770 ± 20 периодам излучения, соответствующего переходу между уровнями основного состояния атома цезия-133 в отсутствие внешних полей. Самое большое суточное изменение было зарегистрировано 8 августа 1972 г., оно составляло 10 мс и было вызвано самой мощной солнечной бурей, наблюдаемой за последние 370 лет.

Точность цезиевого эталона частоты приближается к 8 частям на 10 14 , что выше, чем 2 части на 10 13 для гелиево-неонового лазера, стабилизированного метаном, и чем 6 частей на 10 13 для водородного мазера.

Самой длинной мерой времени является кальпа в индуистской хронологии. Она равна 4320 млн лет. В астрономии космический год есть период обращения Солнца вокруг центра Млечного Пути, он равен 225 млн лет. В позднем меловом периоде (около 85 млн лет назад) Земля вращалась быстрее, в результате чего год состоял из 370,3 суток. Имеются также свидетельства тому, что в эпоху кембрия (600 млн лет назад) год длился более 425 суток.

Да, и еще напомню вам о том, что Международная служба вращения Земли сообщает, что 30 июня 2015 года к времени UTC будет добавлена очередная секунда координации. Это означает, что день 30 июня 2015 года будет длиться на одну секунду больше, чем обычно:
…
2015 Июнь 30, 23ч 59м 59с
2015 Июнь 30, 23ч 59м 60с
2015 Июль 1, 0ч 0м 0с
…
Начиная с 1 июля 2015 года Международное атомное время (TAI) будет отличаться от Всемирного координированного времени (UTC) на 36 секунд.
Что это такое и зачем это нужно

UTC является международным стандартом, на основании которого вычисляется локальное («местное» или гражданское) время в различных часовых поясах. Время UTC «идёт» синхронно с международным атомным временем - TAI. Эталон атомного времени имеет чрезвычайно высокую стабильность, у него нет суточных или вековых колебаний, и его высокая точность не изменяется со временем. Именно в стабильности и точности атомных часов кроется проблема, которая делает их применение не совсем удобным для человека.

Так уж сложилось, что наиболее привычным для большинства людей является время, основанное на движении Солнца (или других астрономических объектов, например, звёзд) по небесной сфере. Однако, скорость вращения Земли вокруг собственной оси постоянно изменяется. Во-первых, эта величина не совсем равномерна на коротких промежутках (от суток до столетий, эта неравномерность вызывается различными климатическими и геологическими процессами), а во-вторых, приливное ускорение, вызываемое Луной, постоянно замедляет вращение Земли, укорачивая земные сутки примерно на 2,3 мс в столетие.

Как уже отмечалось выше, UTC использует строго равномерную шкалу атомного времени. Для того, чтобы максимально приблизить UTC к шкале времени, основанной на суточном вращении Земли, в UTC периодически приходится вносить секунды координации - подобно тому, как в високосный год добавляются одни сутки. Существенная разница этих процессов заключается в том, что заранее рассчитать момент ввода секунды координации из-за колебаний скорости вращения Земли невозможно. По этой причине решение о применении секунды координации принимается Международной службой вращения Земли (IERS) на основании астрономических наблюдений. Добавление секунды производится в конце суток 31 декабря или 30 июня таким образом, чтобы UTC отличалось от среднесолнечного времени (точнее, всемирного времени UT1) не более, чем на 0,9 с.

Впервые дополнительная секунда была добавлена в UTC 30 июня 1972 года. Теоретически, скорость вращения Земли может измениться так, что понадобится вводить и отрицательную секунду (то есть вычесть её из UTC), однако с 1972 года использовались только положительные секунды координации.

Воздействие приливного ускорения и вызываемое им замедление скорости вращения Земли потребует вводить секунды координации в будущем всё чаще и чаще. Однако невозможность точного расчёта или предсказания очередного момента, когда потребуется вносить дополнительную секунду создаёт ряд проблем - например, сбои в работе операционных систем при некорректной обработке добавленной секунды или невозможность точного расчёта будущего времени UTC на срок свыше 6 месяцев. Для таких сфер деятельности, как навигация, транспорт, телекоммуникации, энергетика, подобные ошибки могут оказаться крайне критичными. В последнее время высказывается мнение о необходимости отмены добавления секунд координации, и их замены суммарным добавлением одного часа, который будет применяться около 1 раза в 6000 лет. Ожидается, что окончательное решение по этому вопросу будет принято Международным союзом электросвязи (International Telecommunication Union, ITU) в 2015 году.