- Pixabay
Jakarta – Ada 24 jam dalam satu hari, 60 menit dalam satu jam, dan 60 detik dalam satu menit, jadi tentu saja satu detik hanya 1/(24 x 60 x 60), atau 1/86400, dalam satu hari, bukan? Ternyata mendefinisikan waktu tidak sesederhana itu.
Kita terbiasa menganggap satu detik sebagai kenaikan waktu yang tetap, tetapi unit kecil ini telah berubah beberapa kali selama berabad-abad.
Ilustrasi jam tangan.
- ist
"Detik pada awalnya didasarkan pada panjangnya hari," kata Peter Whibberley, seorang ilmuwan senior di National Physical Laboratory di Inggris, seperti dikutip VIVA Tekno dari Live Science.
"Orang-orang mengamati Matahari yang melintas di atas kepala dan mulai mengukur pergerakannya menggunakan jam matahari. Alat seperti itu memberikan waktu berdasarkan posisi matahari di langit, yang disebut waktu Matahari semu."
Namun, jam matahari memiliki beberapa kekurangan. Selain masalah yang jelas yaitu tidak dapat membaca jam matahari saat matahari tidak terlihat, mengandalkan rotasi harian Bumi ternyata tidak akurat.
"Rotasi Bumi tidaklah konstan," kata Whibberley.
"Bumi mempercepat dan memperlambat dari waktu ke waktu. Ada variasi musiman, variasi besar yang tidak dapat diprediksi dari dekade ke dekade karena perubahan inti cair, dan perlambatan jangka panjang yang disebabkan oleh pasang surut air laut yang bergerak maju dan mundur."
Jadi, bagaimana kita bisa mengukur waktu dengan tepat jika menggunakan panjang hari sangat tidak dapat diandalkan?
Menghitung Lamanya 1 detik
Ilustrasi giat bekerja selama berjam-jam.
Pada abad ke-16, orang beralih ke solusi teknologi untuk masalah ini, dan jam mekanik pertama yang dapat dikenali mulai muncul.
"Inti pembuatan jam pada dasarnya berpindah dari menjaga waktu dengan mengikuti posisi matahari, menjadi membuat osilator dan menentukan jumlah osilasi yang tetap agar setara dengan satu detik," kata Sumit Sarkar, seorang fisikawan di University of Amsterdam, kepada Live Science.
Contoh mekanis paling awal adalah jam pendulum, yang dirancang untuk berdetak pada frekuensi tertentu, setara dengan satu detik astronomi, yang dirata-ratakan selama satu tahun.
Selama beberapa ratus tahun berikutnya, para ilmuwan bekerja untuk membuat osilator yang lebih baik dan lebih presisi serta mengembangkan banyak sekali sistem ketepatan waktu lainnya, termasuk pegas dan roda gigi.
Sekitar tahun 1940, jam kristal kuarsa telah menjadi standar emas yang baru. "Jika Anda memberikan tegangan pada sepotong kuarsa yang dibentuk dengan hati-hati, kuarsa tersebut akan bergetar dan Anda bisa menyetel frekuensi osilasi tersebut dengan sangat tepat," kata Sarkar.
ilustrasi jam kerja
"Namun, meskipun ketepatan ini bagus untuk penggunaan umum, namun tidak cukup baik untuk aplikasi yang sangat teknis, seperti internet, sistem GPS, atau mempelajari penelitian fundamental."
Masalah muncul karena setiap bagian dari kuarsa itu unik dan beresonansi sedikit berbeda tergantung pada kondisi fisik seperti suhu dan tekanan. Agar benar-benar akurat, jam harus ditetapkan terhadap suatu referensi yang independen dan tidak berubah. Di sinilah jam atom berperan.
"Atom memiliki resonansi tetap yang alami. Mereka hanya ada dalam kondisi energi tertentu dan hanya dapat berubah dari satu kondisi ke kondisi lainnya dengan menyerap atau memancarkan sejumlah energi yang tetap," jelas Whibberley.
"Energi tersebut sesuai dengan frekuensi yang tepat, sehingga Anda dapat menggunakan frekuensi tersebut sebagai referensi untuk mencatat waktu."
Jam atom praktis pertama, yang diluncurkan pada tahun 1955, mengukur jumlah transisi energi yang diinduksi gelombang mikro dalam atom cesium selama satu detik astronomi.
Pada tahun 1967, komunitas ilmiah global sepakat untuk mendefinisikan ulang detik menurut angka ini, dan Sistem Satuan dan Pengukuran Internasional sekarang mendefinisikan satu detik sebagai durasi 9.192.631.770 osilasi energi dalam atom sesium.
Sejak saat itu, detik astronomi terus bervariasi, sementara detik atomik tetap pada 9.192.631.770 osilasi. Variasi dalam waktu astronomi ini sebenarnya berarti bahwa, setiap beberapa tahun, para ilmuwan harus menambahkan satu detik kabisat agar rotasi Bumi yang melambat dapat mengimbangi waktu atom.
Detik kabisat ini akan dihapuskan pada tahun 2035, tapi para ilmuwan dan lembaga pemerintah belum menemukan cara untuk mengatasi perbedaan kecil ini, kata Whibberley.
Tetapi para ilmuwan tidak puas dengan definisi ini, yang akurat hingga 10^-15 detik atau sepersepuluh triliun detik.
Di seluruh dunia, tim peneliti sedang mengerjakan jam atom optik yang lebih tepat, yang menggunakan transisi atom yang diinduksi cahaya tampak berenergi lebih tinggi pada elemen seperti strontium dan ytterbium untuk meningkatkan keakuratan ini lebih dari 100 kali lipat.
Namun, meskipun beberapa pertanyaan penting masih perlu dijawab sebelum hal ini terjadi, jelas bahwa definisi yang tepat untuk satu detik masih bisa berubah.
