Cơ sở vật lí - Phần 2

1 – 2 THỜI GIAN

Mục tiêu

Sau khi học module này, bạn phải có thể...

1.01  Đổi các đơn vị đo thời gian bằng cách sử dụng các biến đổi xích-liên kết.

1.02  Sử dụng các số đo khác nhau của thời gian, ví dụ trong chuyển động hoặc như được xác định trên các đồng hồ khác nhau.

Nội dung chính

  • Giây được định nghĩa theo các dao động ánh sáng phát ra bởi một nguồn nguyên tử (cesium-133). Các tín hiệu thời gian chính xác gửi khi đi khắp thế giới bởi các tín hiệu vô tuyến đồng bộ với các đồng hồ nguyên tử trong các phòng thí nghiệm định chuẩn.

Thời gian

Thời gian có hai mặt. Đối với các mục đích dân sinh và ít nhiều mang tính khoa học, ta muốn biết thời gian trong ngày để ta có thể sắp xếp các sự kiện theo trình tự. Trong công việc mang tính khoa học hơn, ta muốn biết một sự kiện kéo dài bao lâu. Do đó, bất kì chuẩn thời gian nào đều phải có thể trả lời hai câu hỏi: “Nó xảy ra khi nào?” và “Nó kéo dài bao lâu?” Bảng 1-4 trình bày một số khoảng thời gian.

            Bất kì hiện tượng tự lặp lại nào đều có thể là chuẩn thời gian. Chuyển động quay của Trái đất, cái xác định độ dài của ngày, đã được sử dụng theo cách này trong hàng thế kỉ; Hình 1-1 trình bày một thí dụ mới lạ của một đồng hồ được chế tạo theo chuyển động quay đó. Một đồng hồ thạch anh, trong đó một vòng thạch anh được làm cho dao động liên tục, có thể được chế tạo theo chuyển động quay của Trái đất thông qua các quan trắc thiên văn và được dùng để đo các khoảng thời gian trong phòng thí nghiệm. Tuy nhiên, việc chế tạo đó không thể được tiến hành với độ chuẩn xác đáp ứng yêu cầu của công nghệ khoa học và kĩ thuật hiện đại.

Hình 1-1 Khi hệ mét được đề xuất vào năm 1792, giờ được định nghĩa lại để cho một ngày 10 giờ. Ý tưởng đó không được ưa thích. Người chế tạo chiếc đồng hồ 10 giờ này đã khéo léo bố trí một mặt đồng hồ nhỏ báo theo 12 giờ tiện lợi. Liệu hai mặt đồng hồ có chỉ thời gian giống nhau không?

 

Bảng 1-4 Một số khoảng thời gian

Số đo

Khoảng thời gian (giây)

Số đo

Khoảng thời gian (giây)

Thời gian sống của proton (dự đoán)

Tuổi của vũ trụ

Tuổi của kim tự tháp Cheops

Tuổi thọ trung bình của người

Độ dài một ngày

3 × 1040

 

5 × 1017

1 × 1011

2 × 109

9 × 104

Nhịp tim của người

Thời gian sống của muon

Xung sáng ngắn nhất trong phòng thí nghiệm

Thời gian sống của hạt kém bền nhất

Thời điểm Plancka

8 × 10 – 1

2 × 10 – 6

1 × 10 – 16

 

1 × 10 – 23

1 × 10 – 43

aĐây là thời điểm sớm nhất sau Vụ nổ Lớn tại đó các định luật vật lí mà ta biết có thể áp dụng được.

            Để đáp ứng yêu cầu cho một chuẩn thời gian tốt hơn, các đồng hồ nguyên tử đã được phát triển. Một đồng hồ nguyên tử tại Viện Quốc gia Tiêu chuẩn và Công nghệ (NIST) ở Boulder, bang Colorado, là chuẩn cho Giờ Phối hợp Quốc tế (UTC) ở nước Mĩ. Các tín hiệu thời gian của nó được phát qua radio sóng ngắn (các kênh WWV và WWVH) và qua điện thoại (303-499-7111). Các tín hiệu thời gian (và thông tin có liên quan) còn được cung cấp từ Đài thiên văn Hải quân Hoa Kì tại địa chỉ web: http://tycho.usno.navy.mil/time.html. Để chỉnh một đồng hồ cực kì chính xác tại vị trí nhất định của bạn, bạn phải tính thời gian truyền cần thiết để những tín hiệu này đi tới bạn.)

            Hình 1-2 trình bày các biến thiên độ dài của một ngày trên Trái đất trong một thời kì 4 năm, như được xác định bằng cách so sánh với một đồng hồ (nguyên tử) cesium. Vì sự biến thiên trình bày trên Hình 1-2 là theo mùa và có tính lặp lại, nên ta nghi ngờ Trái đất quay khi có một sự chênh lệch giữa đồng hồ Trái đất và đồng hồ nguyên tử. Sự biến thiên đó là do các hiệu ứng thủy triều gây ra bởi Mặt trăng và do gió vĩ mô.

Hình 1-2 Các biến thiên độ dài của ngày trong một thời kì 4 năm. Lưu ý toàn bộ lượng trên trục tung chỉ là 3 ms (0,003 s).

            Hội nghị Toàn thể lần thứ 13 về Cân Đo vào năm 1967 đã thông qua một chuẩn giây xây dựng trên đồng hồ cesium:

Một giây là thời gian cần thiết cho 9 192 631 770 dao động ánh sáng (thuộc một bước sóng xác định) được phát ra bởi một nguyên tử cesium.

Các đồng hồ nguyên tử chạy đồng bộ đến mức, trên lí thuyết, hai đồng hồ cesium phải chạy 6000 năm thì số chỉ của chúng mới chênh lệch nhau hơn 1 s. Ngay cả giới hạn như vậy vẫn chưa thấm vào đâu so với giới hạn của các đồng hồ đang được phát triển hiện nay; độ chính xác của chúng có thể là 1 một phần 1018 – nghĩa là, sai 1 s trong 1 × 1018 s (tương đương khoảng 3 × 1010 năm).

CƠ SỞ VẬT LÍ
Halliday & Resnick – Jearl Walker
Bản in lần thứ 10 - Bản dịch của TVVL
<< Phần trước | Phần tiếp theo >>

Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email
Tin tức vật lý
Downlaod video thí nghiệm

Thêm ý kiến của bạn

Security code
Refresh

Các bài khác


10 đột phá vật lí của năm 2017
13/12/2017
Tạp chí Physics World của Anh bình chọn các thành tựu quan trắc đa kênh liên quan đến sóng hấp dẫn là Đột phá của năm
Trump lệnh cho NASA trở lại Mặt Trăng
12/12/2017
Lần cuối các nhà du hành vũ trụ người Mĩ đặt chân lên Mặt Trăng là hồi những năm 1970. Tổng thống Mĩ Donald Trump muốn
Top 10 khám phá thiên văn học (Phần 2)
07/12/2017
6. Sự át trội của vật chất tối Hồi thập niên 1970, Vera Rubin không những đã có một khám phá vũ trụ học đồ sộ, mà trong
Top 10 khám phá thiên văn học (Phần 1)
05/12/2017
Những phát hiện không những làm thay đổi thế giới, mà còn thách thức cách chúng ta nhìn nhận sự tồn tại của mình và vị
Moment từ proton được đo chính xác nhất từ trước đến nay
26/11/2017
Các nhà vật lí ở Đức vừa đo được moment từ của proton đến sai số 0,3 phần tỉ. Giá trị này tốt gấp 11 bậc so với phép
Kiểm tra bản chất lượng tử của lực hấp dẫn
26/11/2017
Bất chấp hàng thập kỉ nỗ lực phấn đấu, một lí thuyết về lực hấp dẫn lượng tử vẫn nằm ngoài tầm với của chúng
Lỗ đen ăn thịt sao và ợ ra tia vũ trụ
26/11/2017
Kịch bản sao lùn trắng bị lỗ đen xé xác có thể giải thích được những cơn mưa tia vũ trụ và neutrino mà chúng ta thấy trên
Lí thuyết thống nhất trở lại ba lực trong tự nhiên
26/11/2017
Ngay sau Vụ Nổ Lớn, trong vũ trụ chỉ có một lực. Khi vũ trụ nguội đi, nó tách thành bốn lực của vũ trụ ngày nay: lực hấp
Vui Lòng Đợi

360 độ

Vật lý 360 độ là trang tin nhanh, trao đổi chuyên đề vật lý và các khoa học khác cũng như các nội dung liên quan đến dạy và học.
Hi vọng các bạn giúp chúng tôi bằng cách đăng kí làm CTV.
Liên hệ: banquantri@thuvienvatly.com