Skala masa dan saat lompat
Bukan unit ukuran tetapi tiga skala: UTC, TAI dan UT1 · kuantiti: satu detik masa
Pada 31 Disember 2016 jam-jam Badan Putaran Bumi Antarabangsa menunjukkan pukul 23 lewat 59 minit 60 saat — masa yang pada hari biasa langsung tidak wujud. Saat itu diselitkan kerana sehingga hari tersebut Bumi telah ketinggalan hampir enam persepuluh saat daripada jam atom, dan tanpa selitan percanggahan itu akan melepasi ambang yang ditetapkan melalui persetujuan. Sejak itu tiada satu pun selitan berlaku: planet ini di luar jangkaan bertambah laju, dan kini dibincangkan dengan bersungguh-sungguh tindakan yang sebaliknya — satu saat yang bukan perlu ditambah, tetapi dihapuskan.
Perkara ini hanya dapat difahami dengan membezakan tiga hal yang oleh bahasa harian disebut dengan satu perkataan sahaja, «masa». TAI ialah skala atom, berjalan sekata dan tidak mengendahkan planet; UT1 ialah sudut putaran Bumi itu sendiri, iaitu fenomena astronomi yang mempunyai perangainya sendiri; manakala UTC ialah skala tolak ansur: ia berjalan dengan saat atom, tetapi sekali-sekala menerima satu saat penuh yang diselitkan supaya tidak menjauhi planet lebih daripada sembilan persepuluh saat. Yang pertama tidak boleh dilaraskan, yang kedua tidak boleh dijangka, dan yang ketiga ditetapkan oleh keputusan sebuah jawatankuasa dan dicetak dalam buletin.
01 · Definisi
Masa Atom Antarabangsa TAI disusun daripada bacaan kira-kira dua ratus lima puluh buah jam atom yang bertaburan di makmal-makmal negara, dan berjalan dengan saat SI tanpa satu pun pembetulan. Masa Sejagat UT1 ditentukan oleh sudut putaran Bumi, lalu langkahnya berubah bersama planet. Masa Sejagat Berkoordinat UTC berbeza daripada TAI sebanyak nombor bulat saat, dan dipelihara supaya tetap hampir dengan UT1 melalui selitan yang diisytiharkan oleh Badan Putaran Bumi Antarabangsa.
Maksud UTC ialah menyatukan yang tidak dapat disatukan: saatnya bersifat atom, sekata, sesuai untuk fizik dan untuk perhubungan; manakala bacaannya bersifat astronomi, terikat pada siang dan malam. Penyatuan itu dibayar dengan satu retakan: sekali dalam beberapa tahun masuklah satu saat lebihan ke dalam skala, minit itu lalu mengandungi enam puluh satu saat, dan cap 23:59:60 menjadi sah. Oleh sebab itulah, antara ketiga-tiga skala, hanya UTC yang mempunyai detik masa yang tidak terungkap oleh kiraan hari yang biasa.
Ambang yang apabila dilepasi menyebabkan selitan ditetapkan bernilai sembilan persepuluh saat pada nilai mutlak, dan ia tidak bersandar pada sebab fizik tetapi pada tolak ansur antara ahli astronomi dengan jurutera perhubungan, yang dicapai pada 1972. Badan itu menjejaki beza UT1 − UTC dengan interferometri radio dan cerapan satelit, lalu menerbitkan keputusannya dalam Buletin C — dua kali setahun, setengah tahun sebelum tarikh yang mungkin, yang jatuh pada hujung Jun atau hujung Disember.
UTC tidak dapat disemak dengan alat mana pun, kerana ia langsung tiada nilai benar: TAI berkelakuan seperti unit, UT1 seperti fenomena, dan UTC seperti persetujuan, dan bacaannya diisytiharkan, bukan diukur. Sebaliknya, jam kita sendiri boleh dibandingkan dengannya sehingga nanosaat, kerana buletin badan itu menyatakan berapa banyak bacaan setiap skala negara menyimpang daripada skala yang dipersetujui.
Tangga di atas ialah anjakan TAI − UTC, yang bertambah dengan saat penuh; gergaji di bawah ialah beza UT1 − UTC, yang merangkak turun bersama Bumi yang ketinggalan dan melompat naik satu saat pada setiap selitan. Garis-garis merah di bawah menandakan ambang sembilan persepuluh: sebaik gergaji menghampirinya, badan itu menetapkan selitan baharu, dan kedua-dua garis melangkah serentak.
Garis putus-putus ialah skala atom, tempat setiap saat sama dengan saat sebelumnya; garis berombak ialah putaran Bumi, yang direncatkan geseran pasang surut namun tetap merayau, kerana air dan udara diagihkan semula, malah kerana gerakan dalam teras cair. Garis-garis merah ialah detik-detik apabila badan itu terpaksa campur tangan. Justru kerana garis kedua tidak dapat dijangka, selitan tidak boleh diisytiharkan sepuluh tahun lebih awal: ia ditetapkan setengah tahun sebelumnya, berdasarkan cerapan.
02 · Konversi
Detik masa yang sama pada skala berlainan
Masukkan satu detik masa dalam apa jua bentuk yang lazim — tahun perpuluhan, tarikh Julian, kiraan saat sejak permulaan era Unix — dan kad keterangan akan menunjukkan bagaimana detik masa yang sama itu kelihatan pada skala-skala lain dan anjakan apa yang berkuat kuasa pada hari itu.
Peralihan antara skala atom tepat sehingga nanosaat, kerana ditetapkan oleh pemalar: TT berbeza daripada TAI sebanyak 32.184 s, dan skala GPS tepat 19 s. Hanya baris UT1 yang bersifat anggaran: ia diambil daripada Buletin A, dan bagi masa hadapan diberikan sebagai jangkaan.
Kiraan saat dalam piawai POSIX diatur sedemikian rupa sehingga sehari sentiasa mengandungi tepat 86 400 saat, dan saat yang diselitkan tiada apa-apa untuk menyatakan dirinya di situ: sistem itu sama ada mengulang bacaan yang sama dua kali, atau melewatkan jam. Kerana perkara remeh itu, pada Jun 2012 pelayan separuh daripada perkhidmatan besar tumbang, dan sejak itu beberapa syarikat meregangkan saat lebihan itu sepanjang satu hari penuh, menyapunya nipis-nipis pada jam mereka.
| Nilai | Catatan | ||
|---|---|---|---|
| {u} | {name} | {value} | {note} |
03 · Orde besaran
skala logaritma: daripada nanosaat hingga lima jam04 · Alat ukur
Dengan apa skala ditegakkan dan dengan apa disemak
Segumpal awan atom yang telah disejukkan dilontarkan ke atas dan melalui rongga salunan yang sama dua kali — semasa naik dan semasa jatuh — sehingga frekuensi peralihannya dapat diukur hingga angka keenam belas. Piawai utama seperti itu menetapkan panjang saat dan tidak menyimpan sebarang bacaan waktu: ia dihidupkan beberapa hari sahaja untuk menyemak perjalanan jam-jam lain.
Maser memelihara frekuensinya jauh lebih sekata daripada pancutan atom pada selang daripada sejam hingga sehari, tetapi perlahan-lahan menyimpang ke tepi; oleh itu di makmal ia menjadi penjaga skala, bukan piawai frekuensi: perjalanannya dibandingkan dengan piawai utama setiap beberapa hari. Maser-maser inilah yang memberikan bacaan tak putus yang kemudiannya dipakai menyusun TAI.
Dua antena di benua berlainan menerima hingar kuasar yang sama, dan beza masa ketibaan isyarat membocorkan arah Bumi terhadap sumber-sumber yang jauh. Begitulah tepatnya UT1 diukur, kerana sudut putaran planet ini tidak dapat diketahui dengan jam mana pun — ia hanya boleh dicerap, dan badan itu melakukannya siang malam.
Setiap satelit membawa jam atom bersamanya, dan penerima yang telah menangkap empat isyarat memulihkan bukan sahaja kedudukannya malah masanya juga, dengan kejituan berpuluh nanosaat. Namun skala yang dipancarkan ialah skalanya sendiri: sistem GPS langsung tiada selitan, ia berdiri tepat sembilan belas saat daripada TAI, manakala beza semasa terhadap UTC bergerak dalam medan berasingan pada mesej satelit.
05 · Aturan penulisan
Cap masa tanpa skalanya bukanlah cap
Nama skala ditulis dengan huruf besar, tanpa noktah dan tanpa ruang di dalamnya, manakala pada bacaannya sentiasa ditambah pada skala mana ia diambil: huruf Z atau satu anjakan dalam penulisan piawai ISO 8601, serta sebutan berasingan TAI atau GPS jika masanya bersifat atom. Beza antara skala ditulis dengan tanda dan dalam saat, dengan skala yang ditolak diletakkan dahulu.
Penulisan pertama mustahil, kerana selitan dibuat pada hujung hari menurut UTC, sedangkan di zon Moscow detik masa yang sama jatuh pada pukul tiga pagi dan capnya menjadi 02:59:60. Yang kedua meletakkan tanda sama dengan antara skala dan masa purata bersejarah meridian Greenwich, yang dalam metrologi sudah lama tidak digunakan. Yang ketiga mengelirukan arah penolakan: skala atom berjalan di hadapan, bukan di belakang. Manakala yang keempat langsung tidak mungkin muncul dalam buletin, kerana badan itu wajib menyelitkan satu saat jauh sebelum bezanya mencapai nilai sedemikian.
06 · Skala jiran
Di sebelahnya berdiri semua skala yang mengira masa yang sama daripada titik mula lain atau dalam kerangka rujukan lain: masa bumi TT, yang dipakai mengira efemeris, skala atom sistem satelit, dan masa koordinat barisentrik, yang mengambil kira bahawa jam di Bumi berjalan berlainan daripada di pusat jisim Sistem Suria.
tanpa selitan dan pembetulan
fenomena yang dicerap
skala efemeris
Di antara helaian-helaian Simetrium di sebelahnya terdapat sekon, yang memberikan unit kepada ketiga-tiga skala, hari dan jam, tempat ketakseragaman putaran yang sama kelihatan dari sebelah lain, dan pentarikhan, yang berbeza bukan unitnya tetapi titik mulanya.
07 · Bagian sejarah
Saat yang mula-mula direka dan kini dimansuhkan
Louis Essen dan Jack Parry memasang jam sesium pertama di Makmal Fizik Kebangsaan dan menemui sesuatu yang tidak menyenangkan: alat itu ternyata lebih mantap daripada benda yang hendak dipakai menyemaknya. Sejak detik itu Bumi berhenti menjadi piawai masa dan berubah menjadi objek cerapan, dan lapan tahun kemudian saat ditakrifkan semula melalui frekuensi peralihan sesium.
Rupa pertama UTC menyesuaikan diri dengan Bumi secara lain: setahun sekali diisytiharkan pembetulan pada frekuensinya sendiri, sehingga saat skala itu sengaja berbeza daripada saat SI, dan di samping itu bacaannya sekali-sekala dianjakkan sebanyak persepuluhan. Bagi pelaut hal itu sesuai, bagi ahli fizik tidak, maka saat kenyal pun ditinggalkan, dengan pengakuan bahawa retakan yang jarang lebih baik daripada unit yang sentiasa salah.
Sejak 1 Januari 1972 UTC berjalan dengan saat SI yang sekata, tepat sepuluh saat di belakang skala atom, dan memperoleh hak untuk selitan. Ambang sembilan persepuluh saat dipilih sebagai jalan tengah antara tuntutan para pelaut, yang memerlukan ikatan astronomi, dengan tuntutan jurutera perhubungan, yang memerlukan kesinambungan.
Persidangan Agung Timbang dan Sukat yang kedua puluh tujuh memutuskan untuk menurunkan ambang itu kepada sifar, iaitu melepaskan selitan, selewat-lewatnya pada 2035. Sebabnya bukan keselesaan pengaturcara, tetapi kerana Bumi mula bertambah laju: sejak 2020 rekod hari terpendek telah dipecahkan beberapa kali, dan sebagai ganti selitan yang biasa, mungkin buat pertama kalinya diperlukan penghapusan satu saat — dan untuk itu tiada satu pun sistem di dunia yang bersedia.
Skala yang bacaannya diisytiharkan, bukan diukur
Setiap kuantiti dalam katalog ini mempunyai alat yang mampu menyatakan berapa nilainya, dan hanya UTC yang tiada alat sedemikian dan memang tidak mungkin memilikinya. Jam atom mengukur selang, interferometer mengukur putaran Bumi, manakala persoalan sama ada pada hujung Jun perlu diselitkan satu saat diputuskan oleh manusia dan dicetak dalam buletin, kerana ambang sembilan persepuluh saat ialah hal persetujuan, bukan hal alam. Daripada sinilah lahir sifat yang ganjil: sisihan mana-mana jam di planet ini terhadap UTC diketahui sehingga nanosaat, sedangkan ketepatan UTC itu sendiri tiada apa-apa untuk dibandingkan — ia tepat menurut takrifnya.
Sifat persetujuan pada skala ini paling jelas terserlah dalam persiapan pemansuhannya. Selitan diputuskan untuk disingkirkan bukan kerana orang telah belajar mengukur putaran planet dengan lebih halus, tetapi kerana harga retakan itu telah meningkat: cap masa bursa, pandu arah satelit dan rangkaian perhubungan lebih menderita akibat satu saat lebihan daripada penderitaan pelaut akibat percanggahan dengan matahari. Apabila ambang diturunkan kepada sifar, UTC akan berhenti mengejar Bumi dan menjauhinya, mula-mula seminit setiap kurun, kemudian lebih daripada itu — manakala apa yang perlu dibuat dengan percanggahan itu akan diputuskan oleh keturunan yang akan datang.
Katalog · satuan ukuran
Satu lembar untuk tiap besaran
Tujuh unit asas SI, dua puluh dua unit terbitan bernama sendiri, dan kuantiti di luar sistem yang tanpanya teknik mahupun kalendar tidak akan berjalan.