समय के मापक्रम और अधिसेकंड
मापन का मात्रक नहीं, तीन मापक्रम: UTC, TAI और UT1 · राशि: एक क्षण
31 दिसंबर 2016 को अंतरराष्ट्रीय पृथ्वी-घूर्णन सेवा की घड़ियों ने 23 घंटे 59 मिनट 60 सेकंड दिखाए — ऐसा समय जो साधारण दिन में होता ही नहीं। सेकंड इसलिए जोड़ा गया कि उस दिन तक पृथ्वी परमाणु घड़ियों से लगभग छह दसवाँ सेकंड पीछे रह चुकी थी, और अंतर्वेशन न होता तो विचलन समझौते से नियत सीमा को पार कर जाता। तब से एक भी अंतर्वेशन नहीं हुआ: ग्रह ने अप्रत्याशित रूप से गति बढ़ा ली, और अब गंभीरता से उलटे काम की चर्चा है — ऐसे सेकंड की जिसे जोड़ना नहीं, हटाना पड़ेगा।
इसे समझने का एक ही रास्ता है: उन तीन चीज़ों में भेद किया जाए जिन्हें रोज़मर्रा की भाषा एक ही शब्द «समय» कहती है। TAI परमाणु मापक्रम है, जो समान चाल से चलता है और ग्रह की परवाह नहीं करता; UT1 स्वयं पृथ्वी के घूर्णन का कोण है, अर्थात अपने स्वभाव वाली खगोलीय परिघटना; और UTC समझौते का मापक्रम है: परमाणु सेकंडों में चलता है, पर बीच-बीच में एक पूरा अंतर्वेशित सेकंड लेता है ताकि ग्रह से नौ दसवें सेकंड से अधिक दूर न हो जाए। पहले को समंजित नहीं किया जा सकता, दूसरे का पूर्वानुमान नहीं हो सकता, और तीसरा किसी समिति के निर्णय से नियत होता है और बुलेटिन में छपता है।
01 · परिभाषा
अंतरराष्ट्रीय परमाणु समय TAI राष्ट्रीय प्रयोगशालाओं में बिखरी लगभग ढाई सौ परमाणु घड़ियों के पाठों से बनता है और SI सेकंडों में एक भी संशोधन के बिना चलता है। विश्व समय UT1 पृथ्वी के घूर्णन के कोण से नियत होता है और इसीलिए ग्रह के साथ अपनी चाल बदलता है। समन्वित विश्व समय UTC पूर्ण संख्या में सेकंडों से TAI से भिन्न होता है और उन अंतर्वेशनों से UT1 के निकट रखा जाता है जिनकी घोषणा अंतरराष्ट्रीय पृथ्वी-घूर्णन सेवा करती है।
UTC का अभिप्राय असंगत को जोड़ना है: उसका सेकंड परमाणु है, समान, भौतिकी और संचार के योग्य; जबकि उसका पाठ खगोलीय है, दिन और रात से बँधा। इस जोड़ का मूल्य एक दरार है: कुछ वर्षों में एक बार मापक्रम में एक अतिरिक्त सेकंड आ जाता है, मिनट तब इकसठ सेकंड रखता है, और मुद्रा 23:59:60 वैध हो जाती है। इसीलिए तीनों मापक्रमों में UTC अकेला है जिसके ऐसे क्षण हैं जिन्हें दिनों की सामान्य गणना व्यक्त नहीं कर सकती।
वह सीमा जिसके आगे अंतर्वेशन नियत होता है, निरपेक्ष मान में नौ दसवाँ सेकंड है, और वह भौतिक कारणों पर नहीं, बल्कि 1972 में खगोलविदों और संचार अभियंताओं के बीच हुए समझौते पर टिकी है। सेवा अंतर UT1 − UTC को रेडियो व्यतिकरणमिति और उपग्रह प्रेक्षणों से देखती है और अपना निर्णय बुलेटिन C में प्रकाशित करती है — वर्ष में दो बार, संभावित तिथि से आधा वर्ष पहले, जो या तो जून के अंत में पड़ती है या दिसंबर के अंत में।
UTC को किसी यंत्र से जाँचा नहीं जा सकता, क्योंकि उसका सच्चा मान है ही नहीं: TAI मात्रक की तरह बरतता है, UT1 परिघटना की तरह, और UTC समझौते की तरह, और उसका पाठ घोषित होता है, मापा नहीं जाता। इसके विपरीत अपनी घड़ी को उससे नैनोसेकंड तक मिलाया जा सकता है, क्योंकि सेवा के बुलेटिन बताते हैं कि प्रत्येक राष्ट्रीय मापक्रम का पाठ नियत मापक्रम से कितना हटा है।
ऊपर की सीढ़ी अंतराल TAI − UTC है, जो पूरे सेकंडों से बढ़ता है; नीचे की आरी अंतर UT1 − UTC है, जो पीछे रहती पृथ्वी के साथ नीचे सरकता है और हर अंतर्वेशन पर एक सेकंड ऊपर उछलता है। नीचे की लाल रेखाएँ नौ दसवें की सीमा अंकित करती हैं: ज्यों ही आरी उसके पास आती है, सेवा नया अंतर्वेशन नियत करती है, और दोनों रेखाएँ अपना पग एक साथ रखती हैं।
बिंदुदार रेखा परमाणु मापक्रम है, जहाँ हर सेकंड पिछले के बराबर है; लहरदार रेखा पृथ्वी का घूर्णन है, जिसे ज्वारीय घर्षण धीमा करता है और जो फिर भी भटकता है, क्योंकि जल और वायु का पुनर्वितरण होता है, और द्रव क्रोड की गतियों के कारण भी। लाल रेखाएँ वे क्षण हैं जब सेवा को हस्तक्षेप करना पड़ा। ठीक इसीलिए कि दूसरी रेखा का पूर्वानुमान नहीं हो सकता, अंतर्वेशनों की घोषणा दशक भर पहले नहीं की जा सकती: वे प्रेक्षणों के आधार पर आधा वर्ष पहले नियत होते हैं।
02 · रूपांतरण
वही क्षण भिन्न मापक्रमों में
कोई क्षण किसी भी परिचित रूप में भरिए — दशमलव वर्ष, जूलियन तिथि, यूनिक्स युग के आरंभ से सेकंडों की गणना — और परिचय-पत्र दिखाएगा कि वही क्षण शेष मापक्रमों में कैसा दिखता है और उस दिन कौन-से अंतराल लागू थे।
परमाणु मापक्रमों के बीच संक्रमण नैनोसेकंड तक यथार्थ हैं, क्योंकि उन्हें अचर नियत करते हैं: TT, TAI से 32.184 s भिन्न है और GPS का मापक्रम ठीक 19 s। केवल UT1 की पंक्ति आसन्न है: वह बुलेटिन A से ली जाती है और भविष्य के लिए पूर्वानुमान के रूप में दी जाती है।
POSIX मानक में सेकंडों की गणना ऐसे रची गई है कि दिन में सदा ठीक 86 400 हों, और अंतर्वेशित सेकंड के पास वहाँ अपने को व्यक्त करने का कोई साधन नहीं: तंत्र या तो वही पाठ दो बार दोहराता है या घड़ी पीछे कर देता है। इसी तुच्छ बात के कारण जून 2012 में आधी बड़ी सेवाओं के सर्वर बैठ गए, और तब से कई कंपनियाँ अतिरिक्त सेकंड को पूरे दिन पर खींच देती हैं, उसे पतली परत में अपनी घड़ियों पर फैलाकर।
| मान | टिप्पणी | ||
|---|---|---|---|
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03 · परिमाण की कोटियाँ
लघुगणकीय मापक्रम: नैनोसेकंड से पाँच घंटे तक04 · मापक यंत्र
मापक्रम किससे थामे जाते हैं और किससे जाँचे जाते हैं
शीतित परमाणुओं का बादल ऊपर उछाला जाता है और उसी अनुनादक से दो बार गुज़रता है — चढ़ते हुए और गिरते हुए — जिससे संक्रमण की आवृत्ति सोलहवें अंक तक मापी जा सकती है। ऐसे प्राथमिक मानक सेकंड की लंबाई नियत करते हैं और समय का कोई पाठ नहीं रखते: उन्हें कुछ दिनों के लिए चलाया जाता है ताकि शेष घड़ियों की चाल जाँची जा सके।
मेज़र एक घंटे से एक दिन तक के अंतरालों में अपनी आवृत्ति फव्वारे से कहीं अधिक समान रखता है, पर धीरे-धीरे एक ओर सरक जाता है, और इसीलिए प्रयोगशालाओं में वह मापक्रम का रक्षक है, आवृत्ति का मानक नहीं: उसकी चाल हर कुछ दिनों में प्राथमिक मानक से मिलाई जाती है। यही मेज़र वह अखंड पाठ देते हैं जिससे बाद में TAI बनता है।
भिन्न महाद्वीपों पर दो एंटीना उसी क्वेसार का कोलाहल ग्रहण करते हैं, और संकेत के पहुँचने के समय का अंतर दूर के स्रोतों के सापेक्ष पृथ्वी की दिशा खोल देता है। UT1 ठीक इसी प्रकार मापा जाता है, क्योंकि ग्रह के घूर्णन का कोण किसी घड़ी से जाना नहीं जा सकता — उसे केवल देखा जा सकता है, और सेवा यह काम रात-दिन करती है।
हर उपग्रह अपने साथ परमाणु घड़ियाँ ले जाता है, और जिस अभिग्राही ने चार संकेत पकड़े हों वह न केवल अपना स्थान बल्कि समय भी दसियों नैनोसेकंड की यथार्थता से पुनः प्राप्त कर लेता है। पर जो मापक्रम प्रसारित होता है वह उसका अपना है: GPS तंत्र में अंतर्वेशन है ही नहीं, वह TAI से ठीक उन्नीस सेकंड दूर खड़ा है, और UTC से वर्तमान अंतर उपग्रह के संदेश के अलग क्षेत्र में यात्रा करता है।
05 · लेखन नियम
मापक्रम बताए बिना समय-मुद्रा मुद्रा नहीं
मापक्रमों के नाम बड़े अक्षरों में लिखे जाते हैं, बिना बिंदुओं और भीतर बिना रिक्ति के, और स्वयं पाठ के साथ सदा यह जोड़ा जाता है कि वह किस मापक्रम में लिया गया: अक्षर Z या ISO 8601 मानक के लेखन में एक अंतराल, और यदि समय परमाणु हो तो TAI या GPS का अलग उल्लेख। मापक्रमों के अंतर चिह्न सहित और सेकंडों में लिखे जाते हैं, और पहले वह मापक्रम आता है जिसमें से घटाया जाता है।
पहला लेखन असंभव है, क्योंकि अंतर्वेशन UTC के अनुसार दिन के अंत में होता है, जबकि मास्को के क्षेत्र में वही क्षण रात तीन बजे पड़ता है और मुद्रा तब 02:59:60 बनती है। दूसरा मापक्रम और ग्रीनविच याम्योत्तर के ऐतिहासिक माध्य समय के बीच बराबरी का चिह्न रखता है, जो मापन-विज्ञान में कब से प्रयोग नहीं होता। तीसरा घटाव की दिशा उलट देता है: परमाणु मापक्रम आगे चलता है, पीछे नहीं। और चौथा बुलेटिन में आ ही नहीं सकता, क्योंकि सेवा बाध्य है कि अंतर के ऐसे मान तक पहुँचने से बहुत पहले सेकंड जोड़ दे।
06 · पड़ोसी मापक्रम
उसके पास वे सब मापक्रम खड़े हैं जो वही समय दूसरे आरंभ-बिंदुओं से या दूसरे संदर्भ-तंत्र में गिनते हैं: पार्थिव समय TT, जिससे पंचांग निकाले जाते हैं, उपग्रह तंत्रों का परमाणु मापक्रम, और द्रव्यमान-केंद्रीय निर्देशांक समय, जो यह ध्यान रखता है कि पृथ्वी पर घड़ियाँ वैसे नहीं चलतीं जैसे सौर तंत्र के द्रव्यमान-केंद्र में।
अंतर्वेशन और संशोधन के बिना
प्रेक्षित परिघटना
पंचांगों का मापक्रम
Simetrium के पत्रकों में से पास खड़े हैं सेकंड, जो तीनों मापक्रमों को उनका मात्रक देता है, दिन और घंटा, जहाँ घूर्णन की वही असमानता दूसरी ओर से दिखती है, और संवत् गणना, जिसमें मात्रक नहीं, आरंभ-बिंदु भिन्न हैं।
07 · ऐतिहासिक भाग
वह सेकंड जो पहले गढ़ा गया और अब हटाया जा रहा है
लुई एसेन और जैक पैरी ने राष्ट्रीय भौतिकी प्रयोगशाला में पहली सीज़ियम घड़ी बनाई और एक अप्रिय बात पाई: यंत्र उससे अधिक स्थिर निकला जिससे उसे जाँचना था। उस क्षण से पृथ्वी समय का मानक नहीं रही और प्रेक्षण का विषय बन गई, और आठ वर्ष बाद सेकंड को सीज़ियम संक्रमण की आवृत्ति से नए सिरे से परिभाषित किया गया।
UTC का पहला रूप पृथ्वी से और ढंग से मेल खाता था: वर्ष में एक बार स्वयं आवृत्ति का संशोधन घोषित होता था, जिससे मापक्रम का सेकंड जान-बूझकर SI सेकंड से भिन्न हो जाता, और इसके ऊपर पाठ को बीच-बीच में दसवें भागों से सरकाया जाता। नाविकों को यह सुहाता था, भौतिकविदों को नहीं, और लचीले सेकंड को छोड़ दिया गया, इस स्वीकार के साथ कि विरल दरार सतत ग़लत मात्रक से भली है।
1 जनवरी 1972 से UTC समान SI सेकंडों में चला, परमाणु मापक्रम से ठीक दस सेकंड पीछे, और उसे अंतर्वेशन का अधिकार मिला। नौ दसवें सेकंड की सीमा नाविकों की माँगों के बीच का रास्ता चुनी गई, जिन्हें खगोलीय बंधन चाहिए था, और संचार अभियंताओं की माँगों के, जिन्हें निरंतरता चाहिए थी।
भार और माप की सत्ताईसवीं सामान्य सभा ने निर्णय लिया कि सीमा को अधिक से अधिक 2035 तक शून्य पर लाया जाए, अर्थात अंतर्वेशनों का त्याग किया जाए। कारण प्रोग्रामरों का सुख नहीं, बल्कि यह है कि पृथ्वी ने गति बढ़ाना आरंभ कर दिया है: 2020 से छोटे दिनों के कीर्तिमान कई बार टूटे, और सामान्य अंतर्वेशन के स्थान पर पहली बार सेकंड हटाने की आवश्यकता पड़ सकती है — और इसके लिए संसार का कोई तंत्र तैयार नहीं।
वह मापक्रम जिसका पाठ घोषित होता है, मापा नहीं जाता
इस सूची की हर राशि के पास एक यंत्र है जो बता सकता है कि वह कितनी है, और केवल UTC के पास ऐसा यंत्र नहीं और हो भी नहीं सकता। परमाणु घड़ियाँ अंतराल मापती हैं, व्यतिकरणमापी पृथ्वी का घूर्णन मापते हैं, जबकि यह प्रश्न कि जून के अंत में सेकंड जोड़ा जाए या नहीं, मनुष्य तय करते हैं और वह बुलेटिन में छपता है, क्योंकि नौ दसवें सेकंड की सीमा समझौते की बात है, प्रकृति की नहीं। यहीं से एक विचित्र गुण जन्म लेता है: ग्रह की किसी भी घड़ी का UTC से विचलन नैनोसेकंड तक ज्ञात है, जबकि स्वयं UTC की शुद्धता के पास तुलना के लिए कुछ नहीं — वह परिभाषा से शुद्ध है।
मापक्रम का समझौता-आधारित स्वभाव उसके हटाने की तैयारी में सबसे स्पष्ट खुला। अंतर्वेशन हटाने का निर्णय इसलिए नहीं हुआ कि ग्रह का घूर्णन सूक्ष्मता से मापना सीख लिया गया, बल्कि इसलिए कि दरार का मूल्य बढ़ गया: शेयर बाज़ार की मुद्राएँ, उपग्रह नौवहन और संचार जाल एक अतिरिक्त सेकंड से उतना कष्ट पाते हैं जितना नाविक सूर्य से विचलन पर न पाते। जब सीमा शून्य पर आ जाएगी, UTC पृथ्वी को पकड़ना छोड़ देगा और उससे पहले शताब्दी में एक मिनट, फिर उससे अधिक दूर होता जाएगा — और उस विचलन का क्या करना है, यह आगे आने वाली पीढ़ियाँ तय करेंगी।
सूची · माप की इकाइयाँ
हर राशि के लिए एक पत्रक
SI की सात मूल इकाइयाँ, अपने नाम वाली बाईस व्युत्पन्न, और प्रणाली के बाहर की वे राशियाँ जिनके बिना न तकनीक चलती है न पंचांग।