Cơ sở vật lí - Phần 2

1 – 2 THỜI GIAN

Mục tiêu

Nội dung chính

• Giây được định nghĩa theo các dao động ánh sáng phát ra bởi một nguồn nguyên tử (cesium-133). Các tín hiệu thời gian chính xác gửi khi đi khắp thế giới bởi các tín hiệu vô tuyến đồng bộ với các đồng hồ nguyên tử trong các phòng thí nghiệm định chuẩn.

Thời gian

Thời gian có hai mặt. Đối với các mục đích dân sinh và ít nhiều mang tính khoa học, ta muốn biết thời gian trong ngày để ta có thể sắp xếp các sự kiện theo trình tự. Trong công việc mang tính khoa học hơn, ta muốn biết một sự kiện kéo dài bao lâu. Do đó, bất kì chuẩn thời gian nào đều phải có thể trả lời hai câu hỏi: “Nó xảy ra khi nào?” và “Nó kéo dài bao lâu?” Bảng 1-4 trình bày một số khoảng thời gian.

            Bất kì hiện tượng tự lặp lại nào đều có thể là chuẩn thời gian. Chuyển động quay của Trái đất, cái xác định độ dài của ngày, đã được sử dụng theo cách này trong hàng thế kỉ; Hình 1-1 trình bày một thí dụ mới lạ của một đồng hồ được chế tạo theo chuyển động quay đó. Một đồng hồ thạch anh, trong đó một vòng thạch anh được làm cho dao động liên tục, có thể được chế tạo theo chuyển động quay của Trái đất thông qua các quan trắc thiên văn và được dùng để đo các khoảng thời gian trong phòng thí nghiệm. Tuy nhiên, việc chế tạo đó không thể được tiến hành với độ chuẩn xác đáp ứng yêu cầu của công nghệ khoa học và kĩ thuật hiện đại.

Hình 1-1 Khi hệ mét được đề xuất vào năm 1792, giờ được định nghĩa lại để cho một ngày 10 giờ. Ý tưởng đó không được ưa thích. Người chế tạo chiếc đồng hồ 10 giờ này đã khéo léo bố trí một mặt đồng hồ nhỏ báo theo 12 giờ tiện lợi. Liệu hai mặt đồng hồ có chỉ thời gian giống nhau không?

^aĐây là thời điểm sớm nhất sau Vụ nổ Lớn tại đó các định luật vật lí mà ta biết có thể áp dụng được.

            Để đáp ứng yêu cầu cho một chuẩn thời gian tốt hơn, các đồng hồ nguyên tử đã được phát triển. Một đồng hồ nguyên tử tại Viện Quốc gia Tiêu chuẩn và Công nghệ (NIST) ở Boulder, bang Colorado, là chuẩn cho Giờ Phối hợp Quốc tế (UTC) ở nước Mĩ. Các tín hiệu thời gian của nó được phát qua radio sóng ngắn (các kênh WWV và WWVH) và qua điện thoại (303-499-7111). Các tín hiệu thời gian (và thông tin có liên quan) còn được cung cấp từ Đài thiên văn Hải quân Hoa Kì tại địa chỉ web: http://tycho.usno.navy.mil/time.html. Để chỉnh một đồng hồ cực kì chính xác tại vị trí nhất định của bạn, bạn phải tính thời gian truyền cần thiết để những tín hiệu này đi tới bạn.)

            Hình 1-2 trình bày các biến thiên độ dài của một ngày trên Trái đất trong một thời kì 4 năm, như được xác định bằng cách so sánh với một đồng hồ (nguyên tử) cesium. Vì sự biến thiên trình bày trên Hình 1-2 là theo mùa và có tính lặp lại, nên ta nghi ngờ Trái đất quay khi có một sự chênh lệch giữa đồng hồ Trái đất và đồng hồ nguyên tử. Sự biến thiên đó là do các hiệu ứng thủy triều gây ra bởi Mặt trăng và do gió vĩ mô.

Hình 1-2 Các biến thiên độ dài của ngày trong một thời kì 4 năm. Lưu ý toàn bộ lượng trên trục tung chỉ là 3 ms (0,003 s).

            Hội nghị Toàn thể lần thứ 13 về Cân Đo vào năm 1967 đã thông qua một chuẩn giây xây dựng trên đồng hồ cesium:

Các đồng hồ nguyên tử chạy đồng bộ đến mức, trên lí thuyết, hai đồng hồ cesium phải chạy 6000 năm thì số chỉ của chúng mới chênh lệch nhau hơn 1 s. Ngay cả giới hạn như vậy vẫn chưa thấm vào đâu so với giới hạn của các đồng hồ đang được phát triển hiện nay; độ chính xác của chúng có thể là 1 một phần 10¹⁸ – nghĩa là, sai 1 s trong 1 × 10¹⁸ s (tương đương khoảng 3 × 10¹⁰ năm).

CƠ SỞ VẬT LÍ
Halliday & Resnick – Jearl Walker
Bản in lần thứ 10 - Bản dịch của Thuvienvatly.com
<< Phần trước | Phần tiếp theo >>