Sekunda

Sekunda (značka s, ale někdy též nesprávně označovaná jako sec, sek apod.) je základní jednotka času (nebo také doby trvání)^[1] v soustavě SI. V běžné mluvě bývá užíváno i slovo vteřina, které ale v oblasti vědy, techniky a práva není správné.

Historicky vznikla sekunda dělením jednoho dne slunečního času na 24 hodin, 1 hodiny na 60 minut a 1 minuty na 60 sekund (secunda, latinsky „druhá“, ve smyslu druhého dělení hodiny). Dnes je délka sekundy přesněji odvozena od procesů uvnitř atomu, kterými se řídí i atomové hodiny a jimi určovaný mezinárodní atomový čas. Protože délka slunečního dne světového času není naprosto přesně 24 × 60 × 60 = 86 400 sekund atomového času, upravuje se čas v některých letech pomocí přestupné sekundy a tím vzniká běžně používaný koordinovaný světový čas.

Definice

Sekunda je podle soustavy SI definována jako doba trvání 9 192 631 770 period záření, které odpovídá přechodu mezi dvěma hladinami velmi jemné struktury základního stavu atomu ¹³³Cs. Tato definice předpokládá cesiový atom v klidu (jedná se tedy o jednotku pro vlastní čas^[2]) při teplotě absolutní nuly a zcela bez vnějších vlivů^[3] (toho nelze ve skutečnosti dosáhnout, v praxi se proto měří při teplotě řádu mikrokelvinů a zavádějí se korekce^[4]^[5]).

Etymologie

Název jednotky je odvozen od toho, že se jedná po minutách o druhé dělení hodiny – latinsky pars minuta secunda. (Minuta tak byla pars minuta prima – „první malá část“; ve středověku (Aliboron, Roger Bacon) se používala ještě další šedesátinné dělení např. tercie (pars minuta tertia)^[6] či kvarta,^[7] ale dnes se už sekunda v SI dělí pouze desetinně; v některých jazycích se však slovo pro šedesátinu sekundy zachovalo (ač neužívané), např. v polštině tercja, kwarta či v arabštině ثالثة‎). Podle tohoto vzoru bylo v 19. století vytvořeno i nové české synonymum vteřina (podrobněji v příslušném článku), které se v jiných jazycích nevyskytuje.

Historický vývoj

Dělitel 60 (sekund v minutě, resp. minut v hodině) pochází od Babyloňanů, kteří používali šedesátkovou číselnou soustavu. Babyloňané však svůj čas na šedesátiny nedělili (s výjimkou dne). Hodina byla definována starověkými Egypťany jako dvanáctina trvání dne nebo noci (kvůli kolísání délky dne v závislosti na ročním období). Helénští astronomové včetně Hipparcha a Ptolemaia definovali hodinu jako čtyřiadvacetinu středního slunečního dne. Dvojím šedesátinným dělením této hodiny tak vznikla definice sekundy jako 1/86 400 středního slunečního dne. Helénské časové periody jako např. synodický měsíc byly obvykle stanoveny velmi přesně, neboť byly vypočítány z pečlivě vybraných zatmění, mezi kterými uběhly stovky let – samostatně se průměrné synodické měsíce a podobné časové periody nedají změřit. Nicméně, s vývojem hodinového kyvadla pro měření průměrného času (v protikladu k zdánlivému času zobrazovaném slunečními hodinami), se sekunda stala měřitelnou. Londýnská královská společnost navrhla používat sekundové kyvadlo jako jednotku délky již roku 1660.

Roku 1938 předložili Adolf Scheibe a Udo Adelsberger u Physikalisch-Technische Bundesanstaltu důkaz, který byl proveden roku 1934 a po očištění od všech pochybností roku 1935 zveřejněn, toho, že rychlost rotace Země není stálá (kvůli zpomalování slapovými silami a některým nepravidelným změnám způsobeným prouděním magmatu mezi pláštěm a zemským jádrem, dlouhodobě též vzdalováním Měsíce od Země). Astronomická délka dne není tedy již dost dobrým základem časových norem. Kvůli zpomalování zemské rotace se tak sluneční den oproti dennímu času posouvá. Ke kompenzaci byly zavedeny přestupné sekundy, aby byl běžně užívaný čas dostatečně přesný a přitom se nelišil od pohybu Slunce po obloze.

V roce 1956 byla sekunda definována na základě doby oběhu Země okolo Slunce pro konkrétní ekvinokcium, protože v té době se už zemská rotace kolem vlastní osy nepovažovala za dostatečně rovnoměrnou, aby mohla být základem pro měření času. Pohyb Země byl popsán v Newcombových slunečních tabulkách, které obsahují vzorec popisující pohyb Slunce k ekvinokciu 1900.0 na základě astronomických pozorování provedených mezi roky 1750 a 1892. Sekunda tak byla definována jako

1 / 31 556 925,9747 tropického roku pro 12 hodin 0. ledna 1900 efemeridového času.

Tato definice byla ratifikována na 11. generální konferenci pro míry a váhy, konané roku 1960. Tropický rok v definici nebyl změřen, ale byl vypočítán na základě vzorce popisujícího tropický rok, jehož délka se v čase lineárně zkracuje, což je důvod podivného odkazu na specifický okamžitý tropický rok v definici. Protože tato sekunda byla nezávisle proměnná na čase ve slunečních a měsíčních efemeridách během většiny 20. století (Newcombovy tabulky Slunce byly používány v letech 1900 až 1983 a Brownovy tabulky Měsíce byly používány mezi 1920 až 1983), byla nazvána efemeridová sekunda.

S vývojem atomových hodin bylo rozhodnuto, že jejich užití bude vhodnějším základem definice sekundy než doba oběhu Země kolem Slunce.

Následujících několik let pracovali Louis Essen z anglické National Physical Laboratory a William Markowitz z United States Naval Observatory (USNO) na určení vztahu mezi frekvencí přechodů velmi jemné struktury atomu cesia a efemeridové sekundy.^[8]

Použitím měřící metody společného pozorování („common-view“) založené na přijatých signálech z rozhlasové stanice WWV určili oběžný pohyb Měsíce okolo Země, ze kterého se dal odvodit zdánlivý pohyb Slunce v časových intervalech odměřených atomovými hodinami. Roku 1967 pak bylo výsledkem přijetí definice tzv. atomové sekundy na 13. generální konferenci pro míry a váhy v Paříži:

doba časového intervalu vymezeného 9 192 631 770 kmity elektromagnetického záření, jež vzniká v atomu základního izotopu cesia 133 při změně jeho energetického stavu mezi hladinami F(3,0) a F(4,0) v nulovém magnetickém poli.

Takto definovaná sekunda je ekvivalentem k efemeridové sekundě.

Definice sekundy byla později roku 1997 vylepšena na setkání BIPM následujícím dodatkem:

Tato definice odkazuje na atom cesia v klidu při teplotě 0 K.

Revidovaná definice obsahuje ideální atomové hodiny zahrnující jediný atom cesia emitující jen jednu frekvenci.

Na 26. zasedání CPGM v r. 2018 byla dohodnuta nejnovější definice sekundy platná od 20. května 2019. Je obsahově stejná, liší se jen stylisticky hlavně tím, že je součástí společné definice všech základních jednotek SI:
Mezinárodní soustava jednotek, SI, je soustava jednotek, v níž

frekvence hyperjemného přechodu z neporušené základní hladiny v atomu césia ¹³³Cs je přesně 9 192 631 770 Hz;
rychlost světla ve vakuu ...

a poté následuje převod užitých jednotek na jednotky základní: Hz = s⁻¹, ... .

Další jednotky

Podrobnější informace naleznete v článku Čas, oddílu Jednotky.

Juliánský rok

Juliánský rok je podle IAU definován jako 365,25 dne, což se rovná 31 557 600 s

Den

Den (značka d) obsahuje 24 hodiny: 1 d = 86 400 s (podle IAU)

Hodina

Hodina (značka h) je šedesát minut: 1 h = 3 600 s

Minuta

Minuta (značka min) je šedesát sekund: 1 min = 60 s

Milisekunda

Milisekunda (značka ms) je tisícina sekundy, 1 s = 1 000 ms.

Mikrosekunda

Mikrosekunda (značka μs) je miliontina sekundy, 1 s = 1 000 000 μs.

Nanosekunda

Nanosekunda (značka ns) je miliardtina sekundy, 1 s = 10⁹ ns.

Pikosekunda

Pikosekunda (značka ps) je biliontina sekundy, 1 s = 10¹² ps.

Femtosekunda

Femtosekunda (značka fs) je tisícina biliontiny sekundy, 1 s = 10¹⁵ fs.

Attosekunda

Attosekunda (značka as) je miliontina biliontiny sekundy, 1 s = 10¹⁸ as.

Odkazy

Reference

↑ VIM, ČSN IEC 60050-113, odst. 113-01-03 time (čas), 113-01-10 time interval (časový interval), 113-01-12 date (datum, časový údaj), 113-01-13 duration, time (doba, doba trvání), NOTE 5
↑ http://www.bipm.org/utils/common/pdf/si_brochure_8.pdf - The International System of Units, SI units in the framework of general relativity
↑ Definice sekundy v brožuře SI, oddíl 2.1.1.3, bipm.org Archivováno 25. 3. 2019 na Wayback Machine. (anglicky)
↑ SI Brochure – 9th edition (2019) – Appendix 2 – 20 May 2019: Mise en pratique for the definition of the second in the SI (anglicky)
↑ NRC's Cesium Fountain Clock - FCs1 Archivováno 11. 6. 2011 na Wayback Machine., National Research Council Canada, Institute for National Measurement Standards (anglicky)
↑ http://www.ucl.cas.cz/edicee/data/antologie/zliteratury/VZCL2/68.pdf - Výbor z české literatury husitské doby II.
↑ http://books.google.cz/books?id=pFIEAAAAIAAJ&pg=PA148&vq=fourths&redir_esc=y - The Chronology of Ancient Nations: An English Version of the Arabic Text of the Athâr-ul-Bâkiya of Albîrûnî, Or "Vestiges of the Past"
↑ http://www.leapsecond.com/history/1958-PhysRev-v1-n3-Markowitz-Hall-Essen-Parry.pdf - Frequency of cesium in terms of ephemeris time

Literatura

Vladimír Vanýsek: Základy astronomie a astrofyziky. Akademie, Praha 1980
RNDr. Oldřich Hlad, Ing. Jaroslav Pavlousek: Přehled astronomie. Nakladatelství technické literatury, Praha 1984
Marie Bláhová: Historická chronologie. Libri, s. r. o., Praha 2001. ISBN 80-7277-024-1

Související články

Externí odkazy

Obrázky, zvuky či videa k tématu sekunda na Wikimedia Commons
Téma Sekunda ve Wikicitátech
Slovníkové heslo sekunda ve Wikislovníku

[1] VIM, ČSN IEC 60050-113, odst. 113-01-03 time (čas), 113-01-10 time interval (časový interval), 113-01-12 date (datum, časový údaj), 113-01-13 duration, time (doba, doba trvání), NOTE 5

[2] ttp://www.bipm.org/utils/common/pdf/si_brochure_8.pdf - The International System of Units, SI units in the framework of general relativity

[si-3] Definice sekundy v brožuře SI, oddíl 2.1.1.3, bipm.org Archivováno 25. 3. 2019 na Wayback Machine. (anglicky)

[4] SI Brochure – 9th edition (2019) – Appendix 2 – 20 May 2019: Mise en pratique for the definition of the second in the SI (anglicky)

[5] NRC's Cesium Fountain Clock - FCs1 Archivováno 11. 6. 2011 na Wayback Machine., National Research Council Canada, Institute for National Measurement Standards (anglicky)

[6] ttp://www.ucl.cas.cz/edicee/data/antologie/zliteratury/VZCL2/68.pdf - Výbor z české literatury husitské doby II.

[7] ttp://books.google.cz/books?id=pFIEAAAAIAAJ&pg=PA148&vq=fourths&redir_esc=y - The Chronology of Ancient Nations: An English Version of the Arabic Text of the Athâr-ul-Bâkiya of Albîrûnî, Or "Vestiges of the Past"

[8] ttp://www.leapsecond.com/history/1958-PhysRev-v1-n3-Markowitz-Hall-Essen-Parry.pdf - Frequency of cesium in terms of ephemeris time

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

Soustava SI

základní jednotky	ampér kandela kelvin kilogram metr mol sekunda

odvozené jednotky	becquerel coulomb farad gray henry hertz joule katal lumen lux newton ohm pascal radián siemens sievert steradián stupeň Celsia tesla volt watt weber

další	předpony soustavy SI systémy měření převody jednotek nové definice SI Mezinárodní úřad pro míry a váhy