Mizani za wakati na sekunde ya nyongeza
Si kipimo cha kupimia bali ni mizani tatu: UTC, TAI na UT1 · kiasi: dakika moja ya wakati
Tarehe 31 Desemba 2016 saa za Shirika la Kimataifa la Mzunguko wa Dunia zilionyesha saa 23 dakika 59 sekunde 60 — wakati ambao katika siku ya kawaida haupo kabisa. Sekunde ile iliingizwa kwa sababu hadi siku hiyo Dunia ilikuwa imebaki nyuma ya saa za atomiki karibu sehemu sita za kumi za sekunde, na bila uingizaji kutengana kungevuka kizingiti kilichowekwa kwa makubaliano. Tangu hapo hakujawa na uingizaji hata mmoja: sayari iliongeza kasi bila kutarajiwa, na sasa jambo la kinyume linajadiliwa kwa uzito — sekunde ambayo haitapaswa kuongezwa, bali kufutwa.
Jambo hili hueleweka tu kwa kutofautisha vitu vitatu ambavyo lugha ya kila siku huviita kwa neno moja, «wakati». TAI ni mizani ya atomiki, huenda kwa usawa na haijali sayari; UT1 ni pembe ya mzunguko wa Dunia yenyewe, yaani tukio la anga lenye tabia yake; na UTC ni mizani ya maafikiano: huenda kwa sekunde za atomiki, lakini mara kwa mara hupokea sekunde nzima iliyoingizwa ili isiachane na sayari zaidi ya sehemu tisa za kumi za sekunde. Ya kwanza haiwezi kurekebishwa, ya pili haiwezi kutabiriwa, na ya tatu huamuliwa kwa uamuzi wa kamati na kuchapishwa katika taarifa.
01 · Ufafanuzi
Wakati wa Atomiki wa Kimataifa TAI hukusanywa kutoka usomaji wa saa za atomiki karibu mia mbili na hamsini zilizotawanyika katika maabara za nchi mbalimbali, na huenda kwa sekunde za SI bila marekebisho hata moja. Wakati wa Ulimwengu UT1 huwekwa na pembe ya mzunguko wa Dunia, hivyo hubadilisha mwendo wake pamoja na sayari. Wakati wa Ulimwengu Ulioratibiwa UTC hutofautiana na TAI kwa idadi kamili ya sekunde, na hushikiliwa karibu na UT1 kwa uingizaji unaotangazwa na Shirika la Kimataifa la Mzunguko wa Dunia.
Nia ya UTC ni kuunganisha visivyounganika: sekunde yake ni ya atomiki, iliyonyooka, inayofaa kwa fizikia na kwa mawasiliano; ilhali usomaji wake ni wa anga, umefungwa na mchana na usiku. Muunganiko huo hulipwa kwa mpasuko: kila baada ya miaka michache sekunde ya ziada huingia katika mizani, dakika ile hubeba sekunde sitini na moja, na alama 23:59:60 hukubalika kisheria. Ndiyo maana kati ya mizani tatu ni UTC pekee yenye dakika za wakati ambazo hesabu ya kawaida ya siku haiwezi kuzieleza.
Kizingiti ambacho baada yake uingizaji huamuliwa ni sehemu tisa za kumi za sekunde kwa thamani kamili, nacho hakisimami juu ya sababu za kifizikia bali juu ya maafikiano kati ya wanaastronomia na wahandisi wa mawasiliano, yaliyofikiwa mwaka 1972. Shirika hufuatilia tofauti UT1 − UTC kwa upimaji wa mwingiliano wa redio na uchunguzi wa setilaiti, na huchapisha uamuzi wake katika Taarifa C — mara mbili kwa mwaka, nusu mwaka kabla ya tarehe inayowezekana, ambayo huangukia mwishoni mwa Juni au mwishoni mwa Desemba.
UTC haiwezi kuhakikiwa kwa chombo chochote, kwa kuwa haina thamani ya kweli hata kidogo: TAI hujienenza kama kipimo, UT1 kama tukio, na UTC kama makubaliano, na usomaji wake hutangazwa, haupimwi. Kwa upande mwingine saa yetu wenyewe yaweza kulinganishwa nayo hadi nanosekunde, kwa sababu taarifa za shirika hueleza kiasi gani usomaji wa kila mizani ya taifa unavyoachana na mizani iliyokubaliwa.
Ngazi ya juu ni mwachano TAI − UTC, unaokua kwa sekunde nzima; msumeno wa chini ni tofauti UT1 − UTC, unaotambaa chini pamoja na Dunia inayobaki nyuma na kuruka juu sekunde moja kila wakati wa uingizaji. Mistari mekundu chini huonyesha kizingiti cha sehemu tisa za kumi: mara tu msumeno unapokikaribia, shirika huamua uingizaji mpya, na mistari yote miwili hupiga hatua yake pamoja.
Mstari wa vitone ni mizani ya atomiki, ambapo kila sekunde ni sawa na iliyotangulia; mstari wa mawimbi ni mzunguko wa Dunia, unaozuiwa na msuguano wa maji kujaa na kupwa lakini bado unatanga, kwa kuwa maji na hewa hugawanywa upya, hata kwa sababu ya misogeo katika kiini kilichoyeyuka. Mistari mekundu ni dakika ambazo shirika lilipaswa kuingilia kati. Ni kwa sababu hasa mstari wa pili hautabiriki ndiyo maana uingizaji hauwezi kutangazwa muongo mmoja kabla: huamuliwa nusu mwaka mapema, kwa kutegemea uchunguzi.
02 · Kubadilisha
Dakika ile ile katika mizani tofauti
Weka dakika ya wakati kwa umbo lolote la kawaida — mwaka wa desimali, tarehe ya Julian, hesabu ya sekunde tangu mwanzo wa zama za Unix — na kadi ya maelezo itaonyesha jinsi dakika ile ile inavyoonekana katika mizani nyingine na miachano ipi iliyokuwa ikitumika siku hiyo.
Mabadiliko kati ya mizani za atomiki ni sahihi hadi nanosekunde, kwa kuwa vipimo visivyobadilika ndivyo vinavyoyaweka: TT hutofautiana na TAI kwa 32.184 s, na mizani ya GPS kwa 19 s kamili. Ni mstari wa UT1 pekee ulio wa makadirio: huchukuliwa kutoka Taarifa A, na kwa siku zijazo hutolewa kama utabiri.
Hesabu ya sekunde katika kiwango cha POSIX imepangwa hivi kwamba siku huwa na 86 400 kamili daima, na sekunde iliyoingizwa haina cha kujieleza humo: mfumo ama hurudia usomaji ule ule mara mbili, ama hurudisha saa nyuma. Kwa sababu ya jambo hilo dogo, mwezi Juni 2012 seva za nusu ya huduma kubwa zilianguka, na tangu hapo makampuni kadhaa huvuta sekunde ya ziada siku nzima, wakiisambaza kama tabaka jembamba juu ya saa zao.
| Thamani | Maelezo | ||
|---|---|---|---|
| {u} | {name} | {value} | {note} |
03 · Madaraja ya ukubwa
mizani ya logaridhimu: kutoka nanosekunde hadi saa tano04 · Vifaa vya kupima
Nini kinachoshikilia mizani na nini kinachoihakiki
Wingu la atomi zilizopozwa hurushwa juu na kupita mara mbili katika kishindo kile kile — wakati wa kupanda na wakati wa kuanguka — jambo linaloruhusu marudio ya mabadiliko kupimwa hadi tarakimu ya kumi na sita. Viwango vya msingi kama hivyo huweka urefu wa sekunde na havihifadhi usomaji wowote wa saa: huwashwa kwa siku chache tu ili kuhakiki mwendo wa saa nyingine.
Meza hushikilia marudio yake kwa usawa zaidi kuliko chemchemi ya atomi katika vipindi kutoka saa moja hadi siku moja, lakini hujiegemeza pembeni polepole; ndiyo maana katika maabara ni mlinzi wa mizani, si kiwango cha marudio: mwendo wake hulinganishwa na kiwango cha msingi kila baada ya siku chache. Ni meza hizi zitoazo usomaji usiokatika ambao baadaye TAI hukusanywa kutoka kwake.
Antena mbili katika mabara tofauti hupokea kelele za kwasa ile ile, na tofauti ya wakati wa kufika kwa ishara huweka wazi mwelekeo wa Dunia kuelekea vyanzo vya mbali. Ndivyo hasa UT1 hupimwa, kwa kuwa pembe ya mzunguko wa sayari haiwezi kujulikana kwa saa yoyote — yaweza tu kuchunguzwa, na shirika hulifanya hilo mchana na usiku.
Kila setilaiti hubeba saa za atomiki, na kipokezi kilichonasa ishara nne hurejesha si mahali pake tu bali pia wakati kwa usahihi wa makumi ya nanosekunde. Lakini mizani inayotumwa ni yake mwenyewe: mfumo wa GPS hauna uingizaji hata kidogo, husimama sekunde kumi na tisa kamili kutoka TAI, na tofauti ya sasa dhidi ya UTC husafiri katika sehemu yake tofauti ya ujumbe wa setilaiti.
05 · Kanuni za kuandika
Alama ya wakati bila mizani yake si alama
Majina ya mizani huandikwa kwa herufi kubwa, bila nukta na bila nafasi ndani, na kwa usomaji wenyewe huongezwa daima ni katika mizani ipi ulichukuliwa: herufi Z au mwachano kwa uandishi wa kiwango cha ISO 8601, na taja tofauti ya TAI au GPS ikiwa wakati ni wa atomiki. Tofauti za mizani huandikwa na alama yake na kwa sekunde, ile inayotolewa ikiwekwa mbele.
Uandishi wa kwanza hauwezekani, kwa kuwa uingizaji hufanywa mwishoni mwa siku kwa UTC, ilhali katika ukanda wa Moscow dakika ile ile huangukia saa tisa usiku na alama huwa 02:59:60. Wa pili huweka alama ya usawa kati ya mizani na wakati wa wastani wa kihistoria wa mstari wa Greenwich, ambao katika elimu ya vipimo umeachwa tangu zamani. Wa tatu huchanganya mwelekeo wa kutoa: mizani ya atomiki huenda mbele, si nyuma. Na wa nne hauwezi kutokea katika taarifa hata kidogo, kwa kuwa shirika lina wajibu wa kuingiza sekunde muda mrefu kabla tofauti haijafikia thamani kama hiyo.
06 · Mizani jirani
Kando yake husimama mizani zote zinazohesabu wakati ule ule kutoka vianzio vingine au katika mfumo mwingine wa marejeo: wakati wa dunia TT, ambao kwa huo jedwali za nyota huhesabiwa, mizani ya atomiki ya mifumo ya setilaiti, na wakati wa kuratibu wa kitovu cha uzito, unaozingatia kwamba saa duniani huenda tofauti na zile zilizo katikati ya uzito wa Mfumo wa Jua.
bila uingizaji wala marekebisho
tukio linaloonwa
mizani ya jedwali za nyota
Miongoni mwa karatasi za Simetrium karibu yake zipo sekunde, ile inayotoa kipimo kwa mizani zote tatu, siku na saa, pale ambapo ile ile kutokusawa kwa mzunguko huonekana kutoka upande mwingine, na uhesabuji wa miaka, ambao unatofautiana si kwa vipimo bali kwa vianzio.
07 · Sehemu ya kihistoria
Sekunde iliyobuniwa kwanza na sasa inafutwa
Louis Essen na Jack Parry waliunda saa ya kwanza ya sizi katika Maabara ya Kitaifa ya Fizikia na wakagundua jambo lisilopendeza: chombo kilionekana kuwa imara zaidi kuliko kile ambacho kwacho walitaka kukihakiki. Tangu dakika hiyo Dunia iliacha kuwa kiwango cha wakati na ikawa kitu cha kuchunguzwa, na miaka minane baadaye sekunde ilifasiliwa upya kwa marudio ya mabadiliko ya sizi.
Umbo la kwanza la UTC lilijirekebisha kwa Dunia kwa namna nyingine: mara moja kwa mwaka marekebisho ya marudio yenyewe yalitangazwa, hivyo sekunde ya mizani ilitofautiana kwa makusudi na sekunde ya SI, na zaidi ya hayo usomaji ulisogezwa mara kwa mara kwa sehemu za kumi. Kwa mabaharia hilo lilifaa, kwa wanafizikia hapana, na sekunde ya mpira iliachwa, kwa kukiri kwamba mpasuko wa nadra ni bora kuliko kipimo kilicho na kosa daima.
Tangu tarehe 1 Januari 1972 UTC ilienda kwa sekunde za SI zilizonyooka, ikiwa nyuma ya mizani ya atomiki sekunde kumi kamili, na ikapata haki ya uingizaji. Kizingiti cha sehemu tisa za kumi za sekunde kilichaguliwa kama njia ya kati kati ya matakwa ya mabaharia, waliohitaji kifungo cha kianga, na ya wahandisi wa mawasiliano, waliohitaji mwendelezo.
Mkutano Mkuu wa Ishirini na Saba wa Vipimo na Uzani uliamua kushusha kizingiti hadi sifuri, yaani kuachana na uingizaji, kufikia mwaka 2035 kwa kuchelewa zaidi. Sababu si starehe ya waandishi wa programu, bali ni kwamba Dunia imeanza kuongeza kasi: tangu 2020 rekodi za siku fupi zimevunjwa mara kadhaa, na badala ya uingizaji wa kawaida huenda ikahitajika kwa mara ya kwanza kufuta sekunde — na kwa hilo hakuna mfumo hata mmoja duniani ulio tayari.
Mizani ambayo usomaji wake hutangazwa, haupimwi
Kila kiasi katika orodha hii kina chombo kiwezacho kusema ni kiasi gani, na ni UTC pekee isiyo na chombo kama hicho wala haiwezi kuwa nacho. Saa za atomiki hupima vipindi, vipima mwingiliano hupima mzunguko wa Dunia, ilhali swali la kuingiza au kutoingiza sekunde mwishoni mwa Juni huamuliwa na watu na kuchapishwa katika taarifa, kwa kuwa kizingiti cha sehemu tisa za kumi za sekunde ni jambo la makubaliano, si la maumbile. Kutoka hapa huzaliwa sifa ya ajabu: mwachano wa saa yoyote duniani dhidi ya UTC hujulikana hadi nanosekunde, ilhali usahihi wa UTC yenyewe hauna cha kulinganishwa nacho — ni sahihi kwa fasili yake.
Tabia ya kimakubaliano ya mizani hii ilijitokeza wazi zaidi katika maandalizi ya kuifuta. Uamuzi wa kuondoa uingizaji haukutokana na kujifunza kupima mzunguko wa sayari kwa unyeti zaidi, bali na kupanda kwa bei ya mpasuko: alama za wakati za soko la hisa, uelekezi wa setilaiti na mitandao ya mawasiliano huteseka kwa sekunde moja ya ziada kuliko mabaharia wangeteseka kwa kutengana na jua. Kizingiti kitakaposhushwa hadi sifuri, UTC itaacha kuifikia Dunia na itaachana nayo kwanza dakika moja kwa karne, kisha zaidi — na la kufanya na kutengana huko litaamuliwa na vizazi vijavyo.
Orodha · vipimo
Karatasi kwa kila kipimo
Vipimo saba vya msingi vya SI, ishirini na viwili vinavyotokana vyenye majina yao, na vipimo vya nje ya mfumo ambavyo bila vyake wala teknolojia wala kalenda visingefanya kazi.