merjenje časa, merjenje obdobja s periodičnimi dogodki, ki so stalni in nespremenljivi in jih je mogoče vedno izmeriti; tako je npr. vrtenje Zemlje kot zvezdni dan, tj. polni zasuk Zemlje glede na določeno zvezdo, ali Sončev dan, tj. polni zasuk Zemlje glede na Sonce. Naše vsakdanje življenje je odvisno od Sonca, zato pride v poštev časovna enota, ki je vezana na Sonce. Ker pa se Sonce po ekliptiki giblje neenakomerno in ima ekliptika naklon k ravnini nebesnega ekvatorja, so vpeljali za merjenje časa neko namišljeno srednje Sonce, ki se giblje enakomerno po nebesnem ekvatorju, njegov obhod pa je enak letnemu obhodu pravega Sonca. Enota je srednji Sončev dan. Srednji Sončev čas štejemo od zgornje kulminacije srednjega Sonca, to je od poldneva, in se od kraja do kraja (od poldnevnika do poldnevnika) spreminja. Meščanski čas je srednji Sončev čas, štet od polnoči. Srednji Sončev čas in meščanski čas se razlikujeta za 12 ur. Svetovni čas je krajevni meščanski čas za greenwiški poldnevnik. Zemlja je razdeljena na 24 časovnih pasov, širokih po 15° zemljepisne dolžine. Čas v vsakem pasu se ravna po krajevnem meščanskem času srednjega poldnevnika, časa dveh sosednjih pasov se razlikujeta za eno uro. Vrtenje Zemlje ni enakomerno iz razl. vzrokov (plimsko trenje, premikanje mas v notranjosti Zemlje, sezonske spremembe). Zato je za znanstvene, posebej astronomske namene uveden (1957) po mednarodnem dogovoru efemeridni čas (po 1984 še bolj izpopolnjen dinamični čas). Tu rabi kot enota efemeridna sekunda, določena kot 31,566.925,9747. del (tropskega) leta 1900. Popolnoma neodvisno merjenje časa od astronomskih pojavov omogoča uporaba nihanj npr. v atomski alikremenovi uri. Ta način je pripeljal 1964 do nove definicije sekunde (atomska sekunda) kot 9,192.631.770-kratnik periode elektromagnetnega nihanja, ki ustreza prehodu med hiperfinima energijskima ravnema osnovnega stanja atoma cezija 133. Atomska in efemeridna sekunda sta v dostopni natančnosti meritev enako dolgi. Na osnovi več kakor sto cezijevih atomskih ur Mednarodna časovna služba (BIH, francosko Bureau International de l' Heure) v Parizu vzdržuje mednarodni atomski čas (TAI, francosko Temps Atomique International). Iz tega časa dobijo koordinirani svetovni čas (UTC, angleško Universal Time Coordinated), z dodajanjem celega števila sekund (prestopne sekunde), zdaj v povprečju eno sekundo na leto; tako ga uskladijo s spremenljivim vrtenjem Zemlje. UTC je osnova za pasovne časove, ki jih uporabljamo v vsakdanjem življenju.
Kratek pregled: merjenje časa Še zdaj nihče ne ve, kaj je pravzaprav čas. Tudi fiziki tega pojava ne znajo razložiti, čeprav vemo, da je v tesni zvezi z drugim skrivnostnim pojavom, prostorom. Hitrost svetlobe, ki je povezava med obema, je ena najpomembnejših osnovnih konstant vesolja. Prav tako zanesljiva je povezava časa s snovjo, kot jo opisuje relativnostna teorija. Čeprav so naša znanja o bistvu časa in njegovem nastanku le drobci, je čas med vsemi fizikalnimi količinami mogoče najbolj natančno meriti. Zato temeljijo na enoti časa tudi meritve drugih merilnih enot, npr. meter je definiran kot pot, ki jo preleti svetloba v 1/299,792.458 sekunde. Načeloma je mogoče uporabiti za merjenje časa enakomerno premočrtno gibanje. Primernejši pa so stalno ponavljajoči se (periodični) pojavi, npr. nihanje, kroženje ali vrtenje. Tako je vrtenje Zemlje dolgo časa določalo dolžino dneva, kroženje Zemlje okoli Sonca dolžino leta itd. Natančnost potekov astronomskih pojavov pa je omejena. Spoznali so, da morajo biti periode čim krajše oz. frekvenca v merilnih postopkih čim večja, če hočejo doseči večjo natančnost merjenja. Zdaj je kot »ura« v rabi elektromagnetno nihanje frekvence 9,192.631.770 Hz, ki izvira iz prehoda med hiperfinima energijskima ravnema osnovnega stanja cezijevega atoma. S posebnim merilnim postopkom je mogoče takšno uro poganjati s težko predstavljivo natančnostjo 10–14 s/dan, kar nanese tri sekunde v milijardi let. Nekdaj so čas merili s preprostejšimi sredstvi. Klepsidra je npr. vodna ura, ki so jo v 3. st. pr. n. š. izumili Egipčani. Voda, ki priteka v lijak, kaplja v valj in dviga plovec, ta pa z zobatim gonilom premika kazalec. Hitrost odtekanja vode je mogoče uravnavati z nekakšnim ventilom. V lijaku je prelivna cev, da je raven vode in s tem hitrost kapljanja stalna. Oljna ura iz 16. st. je narejena po zgledu svečne ure. Vse te ure temeljijo na postavki, da je odtekanje vode oz. izgorevanje enakomerno. Čeprav so skušali odpraviti moteče vplive, so postopki ostali neustrezni za natančno merjenje časa. Vrtenje Zemlje namreč sploh ni enakomerno. K neenakomernemu spreminjanju dneva pripomorejo plimsko trenje in sezonske spremembe v vrtenju Zemlje, ki delno izhajajo iz sprememb vztrajnostnega momenta Zemlje zaradi odpadanja listja na severni polobli Zemlje, kjer je veliko več kopnega. Po vsem tem je vrtilna doba Zemlje (okoli 24 ur) kot točna »ura« neprimerna. Ure z zobniki so bile sprva grajene po načelu kontinuiranega odvijanja. Pri tem so dajale pogonsko silo uteži, pozneje tudi vzmeti. Zavora upočasnjuje in sočasno stabilizira odvijanje kolesja. Pri vrtljivi zavori iz 14. st. deluje sila prek dvižnega kolesa na jeziček vretena in premika tehtnico sem in tja. Čas periode je mogoče regulirati s tekalnimi kolesi. Drugi mehanizem je udarni in deluje prek dvižnega kolesa. Kmalu so spoznali, da imajo drugi nihajni sistemi z lastno povratno silo, kot npr. žlična nemirka, bolj natančno frekvenco. Nihajna doba je tu določena z masami in s silo povratne vzmeti ter teoretično ni več odvisna od pogonske sile. Regulator nihanja omogoča spreminjanje lastne frekvence vzmeti s spreminjanjem njene učinkovite dolžine. S tem je bilo nihanje vzpostavljeno kot časovni normativ in ga uporabljajo v mnogih različicah ur z nihali in z nemirkami. Trenutno najbolj natančni normativ časa je cezijeva atomska ura, kakršno npr. uporablja Fizikalno-tehnična zvezna ustanova v Braunschweigu. Izkorišča spremembo energijskega stanja cezijevih atomov, ki spremlja elektromagnetno nihanje zelo visoke frekvence. Nehomogeno magnetno polje pošilja atome cezija iz izvira in jih odklanja. Samo atomi cezija z majhnim hitrostnim območjem in z enim od možnih energijskih stanj dosežejo vhodno zarezo resonatorja. V votlem prostoru resonatorja so izpostavljeni sevanju, ki – pravilno uglašeno – spremeni njihovo energijsko stanje. Ko atomi zapustijo resonator, potujejo spet skozi nehomogeno magnetno polje, ta atome s spremenjeno energijo odkloni tako, da zadenejo detektor in tam sprožijo električni tok; jakost toka je odvisna od natančnosti uglasitve. S tem signalom je mogoče krmiliti resonančno frekvenco votlega prostora. Na ta način dosežena natančnost frekvence je približno 10–14 s/dan. Zapestna radijsko vodena ura ima vgrajen kremenov mehanizem; nihajni kremen ima natančnost frekvence 10–6 s/dan. Poleg tega ima radijsko zvezo s cezijevo atomsko uro na Fizikalno-tehnični zvezni ustanovi v Braunschweigu, s katero se dnevno nadzoruje in po potrebi korigira kremenov mehanizem. S tem je na zapestju dosežena natančnost nekaj milijonink sekunde na dan. Avtor: Richard Knerr
Dostopnost