Az elvesztett idő pótlása kihívást jelenthet a tudósok számára.

Érezte már úgy, hogy nincs elég ideje a napnak? Kiderült, hogy lehet, hogy rájöttél valamire. A Föld gyorsabban forog, mint az elmúlt fél évszázadban, ami azt eredményezi, hogy a napjaink valamivel rövidebbek, mint ahogy azt megszoktuk. És bár ez a különbség végtelenül kicsi, mégis nagy fejfájást okoz a fizikusoknak, a számítógépes programozóknak, sőt még a tőzsdeügynököknek is.

Miért forog a Föld

Naprendszerünk körülbelül 4,5 milliárd évvel ezelőtt alakult ki, amikor egy sűrű csillagközi por- és gázfelhő magába omlott és forogni kezdett. Bolygónk jelenlegi forgásában ennek az eredeti mozgásnak a nyomai vannak, köszönhetően a szögnyomatéknak – lényegében “a forgó test azon tendenciájának, hogy addig forogjon, amíg valami aktívan meg nem próbálja megállítani” – magyarázza Peter Whibberley, az Egyesült Királyság Nemzeti Fizikai Laboratóriumának vezető kutatója.

Ennek a szögimpulzusnak köszönhetően bolygónk évmilliárdok óta forog, és tapasztaljuk az éjszakát és a nappalt. De nem mindig ugyanolyan sebességgel pörgött.

Több százmillió évvel ezelőtt a Föld körülbelül 420 fordulatot tett meg a Nap körüli keringés alatt; a fosszilis korallok növekedési vonalainak vizsgálatával bizonyíthatjuk, hogy minden év tele volt plusz napokkal. Bár a napok az idők során fokozatosan hosszabbodtak (részben azért, mert a Hold a Föld óceánjait húzza, ami egy kicsit lelassít minket), az emberiség fennállása alatt egy teljes keringés körülbelül 24 órát vett igénybe – ami körülbelül 365 Nap körüli fordulatot jelent.

Ahogy azonban a tudósok egyre jobban megfigyelték a Föld forgását és az időszámítást, rájöttek, hogy a Föld teljes körforgásához szükséges idő kis mértékben ingadozik.

Az idő nyomon követésének új módja

Az 1950-es években a tudósok olyan atomórákat fejlesztettek ki, amelyek az alapján tartották az időt, hogy a céziumatomok elektronjai a nagy energiájú, gerjesztett állapotból hogyan esnek vissza a normál állapotba. Mivel az atomórák periódusait ez a változatlan atomi viselkedés hozza létre, a hagyományos órákhoz hasonlóan a külső változások, például a hőmérséklet-ingadozás nem rontja el őket.

Az évek során azonban a tudósok észrevettek egy problémát: a kifogástalanul állandó atomórák kissé eltértek attól az időtől, amelyet a világ többi része tartott.

“Az idő előrehaladtával fokozatos eltérés mutatkozik az atomórák ideje és a csillagászat által mért idő, vagyis a Föld vagy a Hold és a csillagok helyzete között” – mondja Judah Levine, a Nemzeti Szabványügyi és Technológiai Intézet idő- és frekvenciaosztályának fizikusa. Alapvetően az atomórák által rögzített év egy kicsit gyorsabb volt, mint ugyanez az év a Föld mozgása alapján számítva. “Annak érdekében, hogy ez az eltérés ne legyen túl nagy, 1972-ben úgy döntöttek, hogy az atomórákat rendszeresen szökőmásodpercekkel egészítik ki” – mondja Levine.

A szökőmásodpercek egy kicsit úgy működnek, mint a szökőnapok, amelyeket négyévente február végére teszünk, hogy kiegyenlítsük azt a tényt, hogy a Földnek valójában 365,25 napba telik, amíg a Nap körül kering. De ellentétben a szökőévekkel, amelyek négyévente folyamatosan jönnek, a szökőmásodpercek kiszámíthatatlanok.

A Nemzetközi Földforgási és Referenciarendszer Szolgálat (International Earth Rotation and Reference Systems Service) más technikák mellett műholdakra küldött lézersugarakkal is nyomon követi, hogy a bolygó milyen gyorsan forog. Amikor a Föld mozgása által megrajzolt idő egy másodpercre eltér az atomórák által mért időtől, a tudósok világszerte összehangolják, hogy az atomórákat pontosan egy másodpercre, június 30-án 23:59:59-kor vagy december 31-én 23:59-kor megállítsák, hogy a csillagászati órák felzárkózhassanak. Voilá – egy szökőmásodperc.

Váratlan változás

Az első szökőmásodperc 1972-es bevezetése óta a tudósok néhány évente újabb szökőmásodperceket adnak hozzá. A szekundumokat azért adják hozzá rendszertelenül, mert a Föld forgása kiszámíthatatlan, és a bolygó évmilliók óta tartó fokozatos lassulását megszakítják a gyorsulás és lassulás időszakai.

“A Föld forgási sebessége bonyolult dolog. A Föld és a légkör közötti szögimpulzuscseréhez, valamint az óceán és a Hold hatásaihoz van köze” – mondja Levine. “Nem lehet megjósolni, hogy mi fog történni nagyon messze a jövőben.”

Az elmúlt évtizedben azonban a Föld forgási lassulása… nos, lelassult. 2016 óta nem adódott hozzá egy szökőmásodperc sem, és bolygónk jelenleg gyorsabban forog, mint fél évszázada. A tudósok nem biztosak benne, hogy miért.

“Ezt a szökőmásodpercek hiányát nem jósolták meg” – mondja Levine. “A feltételezés valójában az volt, hogy a Föld továbbra is lassulni fog, és továbbra is szükség lesz szökőmásodpercekre. Ezért ez a hatás, ez az eredmény nagyon meglepő”.

A probléma a szökőmásodpercekkel

Attól függően, hogy a Föld forgása mennyire gyorsul fel, és meddig tart ez a tendencia, a tudósoknak talán lépniük kell. “Jelenleg van ez az aggodalom, hogy ha a Föld forgási sebessége tovább növekszik, akkor szükségünk lehet egy úgynevezett negatív szökőmásodpercre” – mondja Whibberley. “Más szóval, ahelyett, hogy beiktatnánk egy plusz másodpercet, hogy a Föld felzárkózhasson, ki kell vennünk egy másodpercet az atomi időskálából, hogy újra összhangba kerüljön a Földdel”.

Egy negatív szökőmásodperc azonban egészen új kihívások elé állítaná a tudósokat. “Még soha nem volt negatív szökőmásodperc, és az aggodalom az, hogy az ezt kezelni hivatott szoftvert még soha nem tesztelték működés közben” – teszi hozzá Whibberley.

Akár a normál szökőmásodpercet, akár a negatív szökőmásodpercet kell alkalmazni, ezek az apró változások hatalmas fejfájást okozhatnak a távközléstől a navigációs rendszerekig terjedő iparágaknak. Ez azért van, mert a szökőmásodpercek olyan módon avatkoznak bele az időbe, amire a számítógépek nincsenek felkészülve.

“Az internet elsődleges gerince az, hogy az idő folyamatos” – mondja Levine. Ha nincs állandó, folyamatos információáramlás, a dolgok szétesnek. Egy másodperc megismétlése vagy kihagyása felborítja az egész rendszert, és hézagokat okozhat abban, aminek folyamatos adatfolyamnak kellene lennie. Az ugráló másodpercek a pénzügyi ágazat számára is kihívást jelentenek, ahol minden tranzakciónak saját egyedi időbélyegzővel kell rendelkeznie, ami potenciális problémát jelent, ha a 23:59:59 másodperc megismétlődik.

Néhány vállalat saját megoldásokat keresett az ugráló másodpercekre, mint például a Google maszatolás. Ahelyett, hogy megállítaná az órát, hogy a Föld felzárkózzon az atomidőhöz, a Google minden másodpercet egy icipicit hosszabbá tesz a szökőmásodpercek napján. “Ez egy módja a dolognak” – mondja Levine – “de ez nem egyezik meg az idő meghatározásának nemzetközi szabványával”.

Az idő mint eszköz

A dolgok nagy sémájában azonban nagyon apró időmennyiségekről beszélünk – néhány évente csak egy másodpercről. Rengeteg szökőmásodpercet éltél már át, és valószínűleg nem is voltál tudatában. És ha az időt eszköznek tekintjük, amellyel a körülöttünk lévő világban látható dolgokat mérjük, például az egyik napról a másikra való átmenetet, akkor van érv amellett, hogy inkább a Föld mozgása által meghatározott időt kövessük, mint egy atomóra elektronjait – bármennyire is pontosak legyenek azok.

Levine azt mondja, hogy szerinte a szökőmásodpercek talán nem érik meg a bajt, amit okoznak: “Az én magánvéleményem az, hogy a gyógymód rosszabb, mint a betegség”. Ha nem állítanánk be az óráinkat a szökőmásodpercek figyelembevételével, akár egy évszázadba is beletelhetne, hogy akár csak egy percet is eltérjünk az atomórák által rögzített “valódi” időtől.

Mégis, elismeri, hogy bár igaz, hogy az idő csak egy konstrukció, egy kifejezetten emberi kísérlet arra, hogy értelmet adjunk tapasztalatainknak egy nagy, furcsa univerzumban, “az is igaz, hogy az az elképzelésünk, hogy déli 12 órakor a Nap a fejünk felett van. És így, bár nem gondolsz rá gyakran, mégis van kapcsolatod a csillagászati idővel”. A szökőmásodpercek csak egy apró, szinte láthatatlan módja annak, hogy ezt a kapcsolatot életben tartsuk.

Forrás: Discover Magazine | Kate Golembiewski