Optiske atomure baner vej for ny definition af sekundet

Noget af det vigtigste, der er Værd at Vide, er, hvad klokken er slået. Og skal man navigere rumfartøjer rundt i universet eller lede efter eventuelle variationer i de fundamentale naturkonstanter, skal man kende tiden med næsten uhørt høj præcision.

For at få en mere præcis definition af sekundet erstattede man i 1967 – efter et tilløb på godt ti år – derfor tidligere definitioner, der havde udgangspunkt i Jordens rotation og Jordens bevægelse om Solen med, at et sekund er varigheden af 9.192.631.770 perioder af strålingen fra cæsium-133-atomet ved overgang mellem grundtilstandens to hyperfinstrukturniveauer.

Det gjorde tidsmålinger meget veldefinerede og nøjagtige og banede groft sagt vejen for moderne navigationssystemer og supernøjagtige test af fysikkens teorier.

Teknologien, der lå til grund herfor, var nye atomure.

Som vi sidenhen har omtalt flere gange, har den teknologiske udvikling betydet, at atomurene er blevet mere og mere præcise, og man kan nu med atomure, der registrerer overgange i det optiske frekvensområde, opnå en forbedring i nøjagtighed på ca. 100 gange i forhold til de bedste mikrobølge-ure.

De allerbedste atomure i laboratorierne har nu kun en afvigelse på et sekund i forhold til universets alder.

Den forbedrede nøjagtighed har allerede ført til nye områder som relativistisk geodæsi, hvor man udnytter den forskel, der er mellem to ure i et forskelligt gravitationspotentiale, til at bestemme relative højdeforskelle.

Derfor er tiden ved at være kommet til at overveje en ny definition af sekundet, der tager højde for dette, mener man hos Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) i Frankrig, der er den internationale organisation, der holder styr på SI-enhederne.

En større revision af SI-enhederne forventes af blive vedtaget på en konference senere på året. Den vil bl.a. vil resultere i, at kilogramprototypen ophører med at være definitionen på kilogram.

Sekundet bliver der dog ikke pillet ved i denne omgang. Det er alt for tidligt, fremgår det af den køreplan, som BIPM har opstillet, og som er omtalt i en ny artikel i tidsskriftet Metrologia.

Køreplanen indeholder fem milepæle for en ændring af definitionen.

Det skal bl.a. vises utvetydigt, at optiske atomure er 100 gange mere præcise end de bedste cæsium-atomure. Her er man allerede godt på vej. Det amerikanske standardiseringsinstitut NIST har allerede to optiske atomure, der slår i samme takt med en præcision bedre end 1,4 : 10^18 – hvilket er lige over 100 gange bedre, end tilfældet er for de bedste cæsium-ure.

Artiklen i Metrologia indikerer, at alle milepæle måske kan være nået før 2030, og man måske endda eventuelt kunne vedtage en ny definition på en konference i 2026.

I en artikel i Science anfører andre forskere dog, at man sagtens kan vente noget længere med at tage stilling til en ny definition, herunder at vælge, præcis hvilken overgang i hvilket atom der skal være udgangspunkt for definitionen af sekundet.

En ændring er således ikke lige for, men det er altid godt at tænke over ændringer i god tid – også når det gælder tid.

Men hvad er tid?

Sekunddefinitionen er også et godt udgangspunkt til at tænke og filosofere over, hvad tid egentligt er for en størrelse.

Det er et emne, som jeg altid har berørt i denne artikel fra 2014:

For mange fysikere og filosoffer deler Augustins opfattelse fra omkring år 400, som han formulerede på denne måde:

»Hvad er tid? Hvis ingen spørger mig herom, ved jeg det. Men hvis jeg vil forklare det for nogen, ved jeg det ikke.«

Jeg benyttede derfor overvejelserne om en ny definition for sekundet til at søge lidt rundt på nettet for at se, om der var sket afgørende om den dybere forståelse af tidsbegrebet siden min artikel for fire år siden.

Jeg faldt bl.a. over konferencen Time in Cosmology, der blev afholdt på det canadiske center for teoretisk fysik, Perimeter Institute, i 2016, og hvor der er mulighed til se videoer af flere foredragene og diskussioner.

Jeg så med lidt her og der, men fandt ikke umiddelbart over afgørende nyt.

Kort fortalt findes der nok nogle personer, der mener at kunne forklare, hvad tid er for en underlig størrelse, men der langtfra enighed herom blandt tidens eksperter – ikke engang om hvorvidt tiden er en fundamental størrelse så at sige i sin egen ret, eller om den er noget emergent, dvs. afledt af andre mere fundamentale begreber.

Så måske skal vi blot holde os til, at tiden og dens måling er meget nyttig, og at vi med den teknologiske udviklings hjælp bliver bedre og bedre til at holde styr på tiden.