Categorieën
Bètacanon

Bètacanon (46): 9.192.631.770 trillingen in een atoom

De zon komt op en gaat weer onder en weer is er een dag voorbij. Een meer voor de hand liggende eenheid van tijd dan de dag is er niet.

Maar er zijn meer natuurlijke cycli die andere logische tijdseenheden aangeven. Zo vallen elk ieder jaar de bladeren van de bomen en groeien ze later weer aan. En steeds, in evenveel dagen, gaat de maan van nieuwe maan naar vol en verdwijnt ze weer.

In het verband tussen al die ritmes beginnen meteen ook de complicaties. Omdat er geen geheel aantal dagen in een jaar past, passen we het systeem van schrikkeljaren toe: elk vierde jaar duurt 366 dagen. En omdat dat ook weer net te veel is, slaan we elke iedere eeuw honderd jaar één schrikkeljaar over.

Dan is er vanzelfsprekend nog de maand, de tijd die de maan erop nahoudt om van nieuwe maan tot nieuwe maan te komen. En de week, die zeven dagen telt en gebaseerd is op meer maatschappelijke en religieuze gebruiken – denk aan markten of festivals.

Sinds 1582 is in veel landen het weefsel van tijdspannes, met weken, maanden, jaren en schrikkeljaren in de zogeheten Gregoriaanse kalender samengebracht. Elders duurde dat langer. Rusland bijvoorbeeld, gebruikte tot 1922 de oudere, Juliaanse variant.

Een dag delen we weer op in 24 uren, een uur in 60 minuten, een minuut in 60 seconden. Een erg praktische indeling voor de tijd is dat niet. Handiger, bijvoorbeeld voor hedendaagse computerprogrammeurs, zou zijn geweest om een dag op te delen in tien uren, een uur weer in honderd minuten en een minuut op haar ijn beurt in honderd seconden. Na de Franse Revolutie is dat zelfs voorgesteld, maar de weerstanden waren zo groot dat het nergens is doorgevoerd.

Tot de tweede helft van de 19de eeuw had elke stad en elk dorp zijn eigen tijd, aangegeven door het ritme van de dag of – later – de kerkklok. Met de komst van de spoorwegen en de telegraaf werd dat onpraktisch en werden de tijdzones ingevoerd.

Om zones en tijdverschillen te kunnen vaststellen, is het om te beginnen nodig de tijd goed te meten. De eerste echt nauwkeurige klok ter wereld was een Nederlandse vinding. Halverwege de 17de zeventiende eeuw patenteerde Christiaan Huygens (1629-1695) het eerste slingeruurwerk. Het apparaat veroverde Europa en maakte de weg vrij voor de echte standaardtijd. De klok tikte de uren zo weg dat een etmaal 24 uur duurde. Daaruit volgde vanzelf de duur van minuten en – veel later – ook seconden.

In de klok van Huygens gaf een gewicht aan een slinger het apparaat een vast ritme, dat het uurwerk tik voor tik vooruit zette. Een gewone slinger met een vaste lengte geeft daarbij een kleine afwijking. Huygens corrigeerde, op papier, hij bouwde niks zelf, die afwijking met een slimme ophanging. Zo haalde hij een precisie van 10 secenden per dag.

IS ER NOG IETS MEER OVER DE PRECISIE TE ZEGGEN?
Tegenwoordig is tijd nog veel nauwkeuriger te meten met behulp van de atoomklok, waarmee de seconde is gedefinieerd als 9.192.631.770 trillingen in een atoom cesium-133. De precisie van een atoomklok is daarmee duizelingwekkend. Het duurt ongeveer drie miljoen jaar voordat hij er een seconde naast zit. Dat is zo precies, dat het mogelijk is geworden schrikkelsecondes in te voeren, om in de pas te blijven met de alledaagse tijd.

De seconde is een centrale component van het in het in 1960 afgesproken moderne eenhedensysteem, het Système International of SI. Daarin worden zeven eenheden gedefinieerd: meter, kilogram, seconde, Ampère (voor elektrische stroom), Kelvin (voor temperatuur), mol (voor aantal deeltjes) en candela (voor lichtsterkte). Dat zouden er nog minder kunnen zijn, door samenhang tussen eenheden die door de natuurwetten worden beschreven. Maar in de praktijk zouden sommige eenheden dan erg moeilijk reproduceerbaar zijn.

Universele natuurverschijnselen als de trilling in het atoom cesium-133 atoom definiëren inmiddels zes van de zeven eenheden in het SI-stelsel. Ze zijn daarmee in principe in elk lab exact te reproduceren, zoals het hoort bij eenheden.
De enige uitzondering vormt de kilogram. Die is gedefinieerd als de massa van één ’en speciale platina-iridium cilinder uit 1879, die in een kluis in Parijs wordt bewaard. Elders in de wereld moet men het met kopieën doen, maar het recept voor een kilogram bestaat niet.

De duizelingwekkende precisie die inmiddels is behaald bij het vaststellen van onze eenheden, de seconde voorop, roept misschien de vraag op of die niet wat overdreven is. Dat is echter niet zo. In een hightechwereld vol satellietnavigatie en wereldwijd dataverkeer zijn exacte afspraken nodig. Zeker over de juiste tijd.

Tekst: Jesper Romers

Relevante boeken
Worden in de loop van 2020-2021 toegevoegd (3 september 2020)

Homepage Bètacanon
(dinsdag 20 november 2007)

Door Hans van Duijnhoven

Bibliothecaris sinds september 1979. Werkzaam in de regio Noord Oost Brabant.

Geef een reactie