Một giờ bằng 60 phút, 1 phút bằng 60 giây, vậy 1 giây là bao nhiêu lâu?

Một giây – thời gian rất ngắn đôi khi bị coi nhẹ bởi chúng ta trong cuộc sống hàng ngày. Nhưng ít ai biết rằng một giây đã trải qua nhiều thay đổi và phát triển trong quá khứ để trở thành đơn vị thời gian mà chúng ta biết ngày nay.

Đầu thế kỷ: Xác định thời gian

Theo tiến sĩ Peter Whibberley, một nhà khoa học hàng đầu tại Phòng thí nghiệm Vật lý Quốc gia Anh, ban đầu thời gian được xác định dựa vào chu kỳ ngày. Người ta quan sát mặt trời di chuyển qua đỉnh và bắt đầu đo thời gian bằng cách sử dụng đồng hồ mặt trời. Tuy nhiên, đồng hồ mặt trời không chính xác do không thể đọc được khi không có mặt trời, và việc dựa vào vòng quay hàng ngày của Trái Đất không đồng nhất và khó lường.

Thế kỷ 16: Đồng hồ cơ học

Đến thế kỷ 16, con người bắt đầu tìm giải pháp kỹ thuật để giải quyết vấn đề này và đồng hồ cơ học đã được phát triển. Những chiếc đồng hồ quả lắc được thiết kế để hoạt động ở một tần số cụ thể, tương đương với một giây thiên văn. Trong vài trăm năm tiếp theo, các nhà khoa học đã năng cường đồng hồ cơ học, phát triển vô số hệ thống đo thời gian khác nhau bao gồm cả lò xo và bánh răng.

Năm 1940: Đồng hồ tinh thể thạch anh

Vào khoảng năm 1940, đồng hồ tinh thể thạch anh đã trở thành tiêu chuẩn mới. Một miếng thạch anh được đặt trong một điện áp sẽ rung với tần số cố định và có thể điều chỉnh độ chính xác của dao động này. Tuy nhiên, độ chính xác của đồng hồ tinh thể thạch anh không đủ để đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật như internet, hệ thống GPS hoặc nghiên cứu cơ bản.

Đồng hồ nguyên tử: Một giây tuyệt đối

Vấn đề với đồng hồ tinh thể thạch anh là mỗi mảnh thạch anh là duy nhất và cộng hưởng hơi khác nhau tùy thuộc vào điều kiện vật lý như nhiệt độ và áp suất. Để đạt độ chính xác tuyệt đối, đồng hồ nguyên tử được phát triển. Các nguyên tử có sự cộng hưởng cố định tự nhiên và có thể chuyển đổi từ trạng thái này sang trạng thái khác bằng cách hấp thụ hoặc phát ra một lượng năng lượng cố định. Thời gian được tính dựa trên tần số chính xác của các chuyển đổi nguyên tử.

Các đồng hồ nguyên tử hiện đại

Đồng hồ nguyên tử thực tế đầu tiên đã được công bố vào năm 1955, và năm 1967, giây đã được định nghĩa lại dựa trên số lần chuyển đổi năng lượng của nguyên tử Caesium trong một giây. Kể từ đó, giây thiên văn tiếp tục thay đổi, trong khi giây nguyên tử vẫn giữ nguyên ở mức chính xác là 9.192.631.770 dao động. Để đảm bảo Trái Đất và thời gian nguyên tử đồng bộ, giây nhuận đã được thêm vào một lần sau vài năm. Tuy nhiên, vấn đề khác biệt nhỏ giữa hai nguồn thời gian vẫn chưa được giải quyết hoàn toàn.

Định nghĩa chính xác mới

Hiện nay, các nhà khoa học trên khắp thế giới đang nghiên cứu các đồng hồ nguyên tử quang học để cải thiện độ chính xác. Các nhóm nghiên cứu sử dụng các chuyển đổi nguyên tử trong các nguyên tố như strontium và ytterbium để tạo ra các đồng hồ nguyên tử chính xác hơn nữa. Một số nhà khoa học đã đề xuất định nghĩa lại giây dựa trên dao động của đồng hồ quang học, sử dụng ánh sáng khả kiến và tia tử ngoại thay vì vi sóng.

Dẫu vậy, trước khi định nghĩa chính xác của giây được thay đổi một lần nữa, còn nhiều câu hỏi quan trọng cần được trả lời. Tuy nhiên, điều chắc chắn là giây – một đơn vị thời gian nhỏ bé nhưng quan trọng – đang tiếp tục phát triển và thay đổi trong cuộc sống của chúng ta.

Theo: Live Science.