0:00

5:46

Who decides how long a second is? - John Kitching

TED-Ed·5:46·Technology·B2

Chương · 4

Chương 1·The Evolution of Timekeeping: From Earth's Rotation to Railway Schedules

Hiển thị

Tiếng ViệtAuto-scroll

0:07

In 1967, researchers from around the world gathered to answer a long-running scientific question— just how long is a second?

Vào năm 1967, các nhà nghiên cứu từ khắp nơi trên thế giới đã hội tụ để giải đáp một câu hỏi khoa học tồn tại từ lâu—chính xác thì một giây dài bao lâu?

0:18

It might seem obvious at first.

Thoạt nhìn, điều đó có vẻ rất hiển nhiên.

0:20

A second is the tick of a clock, the swing of a pendulum, the time it takes to count to one.

Một giây là một tiếng tích tắc của đồng hồ, một nhịp đung đưa của con lắc, khoảng thời gian cần để đếm đến một.

0:26

But how precise are those measurements?

Thế nhưng những phép đo đó chính xác đến mức nào?

0:28

What is that length based on?

Khoảng thời gian đó dựa trên cơ sở nào?

0:30

And how can we scientifically define this fundamental unit of time?

Và làm thế nào chúng ta có thể định nghĩa đơn vị thời gian cơ bản này dưới góc độ khoa học?

0:36

For most of human history, ancient civilizations measured time with unique calendars that tracked the steady march of the night sky.

Trong phần lớn lịch sử nhân loại, các nền văn minh cổ đại đo thời gian bằng những bộ lịch độc đáo theo dõi sự chuyển động đều đặn của bầu trời đêm.

0:45

In fact, the second as we know it wasn’t introduced until the late 1500’s, when the Gregorian calendar began to spread across the globe alongside British colonialism.

Trên thực tế, khái niệm một giây như chúng ta biết ngày nay mãi đến cuối những năm 1500 mới được đưa vào sử dụng, khi lịch Gregory bắt đầu lan rộng khắp địa cầu cùng với chủ nghĩa thực dân Anh.

0:57

The Gregorian calendar defined a day as a single revolution of the Earth about its axis.

Lịch Gregory định nghĩa một ngày là một vòng tự quay trọn vẹn của Trái Đất quanh trục của nó.

1:04

Each day could be divided into 24 hours, each hour into 60 minutes, and each minute into 60 seconds.

Mỗi ngày có thể chia thành 24 giờ, mỗi giờ thành 60 phút, và mỗi phút thành 60 giây.

1:13

However, when it was first defined, the second was more of a mathematical idea than a useful unit of time.

Tuy nhiên, khi mới được định nghĩa lần đầu, một giây mang tính ý niệm toán học nhiều hơn là một đơn vị đo thời gian hữu ích.

1:21

Measuring days and hours was sufficient for most tasks in pastoral communities.

Việc đo lường theo ngày và giờ là hoàn toàn đủ cho hầu hết mọi công việc trong các cộng đồng chăn nuôi nông thôn.

1:26

It wasn’t until society became interconnected through fast-moving railways that cities needed to agree on exact timekeeping.

Mãi cho đến khi xã hội được kết nối chặt chẽ nhờ các tuyến đường sắt tốc độ cao, các thành phố mới cần thống nhất cách tính giờ chính xác.

1:35

By the 1950’s, numerous global systems required every second to be perfectly accounted for, with as much precision as possible.

Đến thập niên 1950, nhiều hệ thống toàn cầu đòi hỏi từng giây phải được tính toán chuẩn xác tuyệt đối, với độ chính xác cao nhất có thể.

1:44

And what could be more precise than the atomic scale?

Và điều gì có thể chuẩn xác hơn quy mô nguyên tử?

1:49

As early as 1955, researchers began to develop atomic clocks, which relied on the unchanging laws of physics to establish a new foundation for timekeeping.

Ngay từ năm 1955, các nhà nghiên cứu đã bắt đầu phát triển đồng hồ nguyên tử, dựa vào các định luật vật lý bất biến để thiết lập nền móng mới cho việc đo thời gian.

2:01

An atom consists of negatively charged electrons orbiting a positively charged nucleus at a consistent frequency.

Một nguyên tử bao gồm các electron mang điện tích âm quay quanh một hạt nhân mang điện tích dương ở tần số ổn định.

2:10

The laws of quantum mechanics keep these electrons in place, but if you expose an atom to an electromagnetic field such as light or radio waves, you can slightly disturb an electron’s orientation.

Các quy luật của cơ học lượng tử giữ các electron này đúng vị trí, nhưng nếu bạn đặt một nguyên tử vào trường điện từ như ánh sáng hoặc sóng vô tuyến, bạn có thể làm xáo trộn nhẹ hướng của electron.

2:24

And if you briefly tweak an electron at just the right frequency, you can create a vibration that resembles a ticking pendulum.

Và nếu bạn khẽ kích thích một electron ở đúng tần số thích hợp, bạn có thể tạo ra dao động tương tự như một con lắc đang gõ nhịp.

2:34

Unlike regular pendulums that quickly lose energy, electrons can tick for centuries.

Không giống như những con lắc thông thường nhanh chóng tiêu tán năng lượng, các electron có thể gõ nhịp suốt nhiều thế kỷ.

2:40

To maintain consistency and make ticks easier to measure, researchers vaporize the atoms, converting them to a less interactive and volatile state.

Để duy trì tính nhất quán và giúp các nhịp đập dễ đo lường hơn, các nhà nghiên cứu hóa hơi các nguyên tử, chuyển chúng sang trạng thái ít tương tác và ít biến động hơn.

2:51

But this process doesn’t slow down the atom’s remarkably fast ticking.

Nhưng quá trình này không hề làm chậm tốc độ gõ nhịp nhanh đáng kinh ngạc của nguyên tử.

2:56

Some atoms can oscillate over nine billion times per second, giving atomic clocks an unparalleled resolution for measuring time.

Một số nguyên tử có thể dao động hơn chín tỷ lần mỗi giây, mang lại cho đồng hồ nguyên tử độ phân giải vô song để đo thời gian.

3:05

And since every atom of a given elemental isotope is identical, two researchers using the same element and the same electromagnetic wave should produce perfectly consistent clocks.

Và vì mọi nguyên tử của một đồng vị nguyên tố nhất định đều giống hệt nhau, hai nhà nghiên cứu sử dụng cùng một nguyên tố và cùng một sóng điện từ sẽ tạo ra những chiếc đồng hồ hoàn toàn đồng nhất.

3:18

But before timekeeping could go fully atomic, countries had to decide which atom would work best.

Thế nhưng trước khi phép đo thời gian có thể chuyển hẳn sang quy chuẩn nguyên tử, các quốc gia phải quyết định nguyên tử nào sẽ mang lại hiệu quả tối ưu nhất.

3:26

This was the discussion in 1967, at the Thirteenth General Conference of the International Committee for Weights and Measures.

Đó chính là nội dung thảo luận vào năm 1967, tại Hội nghị Toàn thể lần thứ 13 của Ủy ban Cân đo Quốc tế.

3:35

There are 118 elements on the periodic table, each with their own unique properties.

Có 118 nguyên tố trên bảng tuần hoàn, mỗi nguyên tố đều có những đặc tính độc đáo riêng.

3:42

For this task, the researchers were looking for several things.

Đối với nhiệm vụ này, các nhà nghiên cứu tìm kiếm một vài tiêu chí cụ thể.

3:46

The element needed to have long-lived and high frequency electron oscillation for precise, long-term timekeeping.

Nguyên tố đó cần có dao động electron tần số cao và tuổi thọ bền bỉ để phục vụ việc đo thời gian chính xác trong dài hạn.

3:54

To easily track this oscillation, it also needed to have a reliably measurable quantum spin— meaning the orientation of the axis about which the electron rotates— as well as a simple energy level structure— meaning the active electrons are few and their state is simple to identify.

Để dễ dàng theo dõi dao động này, nó cũng cần có spin lượng tử đo lường một cách đáng tin cậy—nghĩa là hướng của trục mà electron tự quay—cùng với cấu trúc mức năng lượng đơn giản—nghĩa là số electron hoạt động rất ít và trạng thái của chúng dễ xác định.

4:14

Finally, it needed to be easy to vaporize.

Cuối cùng, nó cần phải dễ hóa hơi.

4:18

The winning atom?

Nguyên tử chiến thắng là gì?

4:21

Cesium-133.

Đó chính là Cesium-133.

4:22

Cesium was already a popular element for atomic clock research, and by 1968, some cesium clocks were even commercially available.

Cesium vốn đã là một nguyên tố phổ biến trong nghiên cứu đồng hồ nguyên tử, và đến năm 1968, một số đồng hồ cesium thậm chí đã có sẵn trên thị trường thương mại.

4:32

All that was left was to determine how many ticks of a cesium atom were in a second.

Tất cả những gì còn lại là xác định có bao nhiêu nhịp gõ của một nguyên tử cesium trong một giây.

4:37

The conference used the most precise astronomical measurement of a second available at the time— beginning with the number of days in a year and dividing down.

Hội nghị đã sử dụng phép đo thiên văn chính xác nhất về một giây vào thời điểm đó—bắt đầu từ số ngày trong một năm rồi chia nhỏ dần.

4:48

When compared to the atom’s ticking rate, the results formally defined one second as exactly 9,192,631,770 ticks of a cesium-133 atom.

Khi so sánh với tốc độ gõ nhịp của nguyên tử, kết quả đã chính thức định nghĩa một giây là đúng 9.192.631.770 nhịp đập của một nguyên tử cesium-133.

5:07

Today, atomic clocks are used all over the Earth— and beyond it.

Ngày nay, đồng hồ nguyên tử được sử dụng trên khắp Trái Đất—và vượt xa hơn thế.

5:12

From radio signal transmitters to satellites for global positioning systems, these devices have been synchronized to help us maintain a globally consistent time— with precision that’s second to none.

Từ các máy phát tín hiệu vô tuyến cho đến các vệ tinh của hệ thống định vị toàn cầu, các thiết bị này đã được đồng bộ hóa để giúp chúng ta duy trì thời gian thống nhất trên toàn cầu—với độ chính xác không gì sánh kịp.

Transcript

Hiển thị

The Evolution of Timekeeping: From Earth's Rotation to Railway Schedules

For millennia, humans tracked time using natural celestial cycles, relying on ancient calendars and the steady rotation of the Earth. The concept of a second emerged with the global adoption of the Gregorian calendar, dividing a single day into hours, minutes, and seconds. While agricultural societies functioned well with approximate time units, the rapid expansion of interconnected railroad networks in the nineteenth century demanded standardized and highly precise timekeeping across entire nations.

Suốt hàng thiên niên kỷ, con người đã đo lường thời gian dựa trên các chu kỳ tự nhiên của thiên thể, thông qua những bộ lịch cổ đại và chuyển động tự quay của Trái Đất. Khái niệm giây ra đời khi lịch Gregory được phổ biến toàn cầu, chia một ngày thành các giờ, phút và giây. Dù các cộng đồng nông nghiệp từng chỉ cần các mốc thời gian ước chừng, sự mở rộng nhanh chóng của mạng lưới đường sắt kết nối vào thế kỷ 19 đã buộc các quốc gia phải thiết lập những tiêu chuẩn đo thời gian chính xác và thống nhất.