국립물리연구소 원자시계가 작동하는

국립물리연구소 내부(출처: Alamy)

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NPL의 과학자들은 이것을 세슘 분수라고 합니다. “우리는 빛을 사용하여 원자를 공기 중으로 약 0.5미터 높이 던지고 중력에 의해 다시 떨어집니다. 그런 다음 조정 가능한 마이크로파를 사용하여 분수를 조사할 수 있습니다.”라고 Gill은 설명합니다. 분수 설정이 필요한 이유는 “가능한 한 방해받지 않고 원자를 만들고 싶기 때문입니다. 전기와 같은 다른 수단으로 원자를 잡고 있거나 빛을 사용하여 고정하면 주파수가 변경됩니다.”

이 정의는 세슘이 동위원소로 신뢰할 수 있기 때문에 선택되었습니다. 샘플의 거의 모든 원자는 동일한 방식으로 전자기 복사에 반응합니다. 또한 20세기에는 마이크로파 주파수가 전자기 스펙트럼의 더 높은 주파수보다 더 정확하고 안정적으로 측정될 수 있었습니다. 그것은 아마도 스톱워치로 자신의 심장 박동을 측정하는 방법과 유사하지만 파리의 날개 주파수를 측정하려면 더 고급 기술이 필요합니다.

수십 년 동안 이 정의는 거의 유지되었습니다. Gil은 “이는 표준이 5분마다 바뀌지 않는다는 것을 의미하기 때문에 매우 좋습니다. 이는 계측에서 중요합니다.”라고 말합니다. 그리고 NPL 및 BIPM에서 Circular-T와 같은 문서에 대한 계산을 뒷받침하는 데 사용됩니다.

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그러나 과학이 발전하고 새로운 기술에 의해 더욱 정확한

시간이 요구됨에 따라 도량형학자들은 두 번째에 대한 새로운 정의를 고려하기 시작했습니다. 2030년대에 하룻밤 사이에 일어나지는 않겠지만 1960년대 이후로 공유 시간 기록에 가장 큰 변화를 가져올 것입니다.

NPL의 물리학자 Anne Curtis는 “두 번째가 세슘으로의 마이크로파 전환이라는 관점에서 정의되었을
때에도 광학 주파수로 이동하여 더 나은 시계를 만들 수 있다는 것은 이미 이해하고
있었습니다.”라고 설명합니다. “광 주파수는 수백 테라헤르츠에서 훨씬 더 빠르게 진동합니다.
초당 수십조 개의 진동입니다.”

높은 주파수가 더 좋은 이유는 무엇입니까? Curtis는 “왜 그것이 중요한지 생각할 수 있는 방법은
유한한 수의 선이 있는 자를 생각하는 것입니다.”라고 설명합니다. 따라서 표준 눈금자에는
밀리미터가 표시되지만 예를 들어 마이크로미터는 표시되지 않습니다. “선의 수를 4배
늘리면 분명히 훨씬 더 정확하게 측정할 수 있습니다.”

따라서 NPL과 같은 실험실에서 과학자들은 현재 새로운 광학 기술을 실험하고 있으며 앞으로
10년 정도 이내에 두 번째 기술이 새로운 정의를 얻게 될 것이라는 희망을 품고 있습니다.

훨씬 더 많은 테스트가 먼저 필요합니다. Curtis는 “사용 가능하고 실용적이며 전 세계의 모든 국가 계측 연구소에서 실현 가능한 정의를 만들어야 합니다.”라고 말합니다. “따라서 한 그룹만이 할 수 있는 맞춤식 일이 될 수 없습니다. 그리고 그들이 정말로 잘한다면, 우리는 보편적으로 재정의라고 부를 수 있는 것이어야 합니다.”

구성으로서의 시간

그렇다면 나머지 우리는 이 모든 것을 어떻게 해야 할까요? 하나는 놀라운 진실을 보여줍니다.
지구에는 완벽하게 안정적이거나 정확한 속도로 작동할 수 있는 시계는 없습니다. 이것은 사람들이
해시계를 사용했을 때 사실이었고 오늘날에도 여전히 사실입니다. 심지어 원자 시계를
사용하더라도 마찬가지입니다.

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