Hvordan måler vi tid?

Sol klokker og atomer

Tid er noe vi alle forholder oss til hele dagen, fra vekkerklokka drar oss ut av senga, til den siste hektiske timen før fristen på jobben.
Du tenker kanskje: «Holder det ikke å vite om det er morgen eller kveld?» Eller, når er det lunch? Eller kanskje, hvor mye er klokka nå, og når går bussen?

Jo, for de fleste av oss er det godt nok at klokka er sånn cirka riktig. Til daglig bruk har gode mekaniske klokker, en feilmargin på -4 til +6 sekunder per døgn. En mobiltelefon er stort sett på sekundet hele tiden. Men, ikke helt.

Så hvordan måler vi tid, sånn helt konkret? Vel, i fysikken handler tid om bevegelse og avstand. Og lyset, det lynraske fenomenet vi alle kjenner, spiller hovedrollen.

Lyset har nemlig en fast fartsgrense i vakuum, og det er denne farten som gjør at vi kan måle tid så presist. Visste du for eksempel at:
• Ett sekund består av én milliard nanosekunder?
• Ett nanosekund er en tusenmilliontedel av et sekund?
• Og lyset rekker å bevege seg omtrent 30 centimeter på ett nanosekund?

Så, neste gang noen spør deg hvor raskt lyset går, kan du svare: «Ca. en linjal per nanosekund!»


Fra sola til atomet – tiden får en makeover

I 1967 tok vi farvel med den gamle måten å måle tid på, basert på solens bevegelser(og vanlige klokker) , og ønsket atomet velkommen. Siden den gang har vi definert ett sekund som tiden det tar for et cesium-133-atom å vibrere nøyaktig 9 192 631 770 ganger når det skifter energinivå.

Dette er grunnlaget for atomklokker – superpresise tidsmålere som bare bommer med ett sekund på 150 millioner år.
Hvordan fungerer det? Kort fortalt: Når cesiumatomet får en dose energi, for eksempel via radiobølger, begynner elektronene å flytte seg rundt. Atomklokka justerer frekvensen på radiobølgene til de matcher atomets vibrasjoner, og voilà – tiden er klar til å telles!


Hva er klokka? Spør Paris!

I dag har vi rundt 400 slike atomklokker spredt utover verden, og alle sender data til Det internasjonale byrå for mål og vekt (BIPM) i Paris. Her regner de ut et gjennomsnitt, som blir den offisielle verdensklokka (UTC, ikke og forveksle med GMT). Så ja, når noen spør deg «Hva er klokka?», kan du si: «Spør Paris!»


Atomkjerneklokka – en ny tidsepoke

Dagens atomklokker er imponerende presise, men forskerne er som kjent aldri helt fornøyde. Nå jobber de med noe enda mer avansert: atomkjerneklokka. Denne skal være så nøyaktig at den bare bommer med ett sekund på 300 milliarder år.

Hva er trikset? I stedet for å basere seg på elektronene rundt atomkjernen, som dagens atomklokker gjør, vil atomkjerneklokka måle vibrasjoner i selve atomkjernen. Atomkjernen er mye mer stabil og mindre påvirket av ting som temperatur og magnetfelt. Og siden den har høyere frekvens, tikker den raskere – noe som gir enda mer presis tid.

Gjennombruddet kom i 2024, da forskere ved CERN (de med den store partikkelakseleratoren) klarte å måle energiforskjeller i atomkjernen til thorium-229. Nå kan vi lage klokker som teller tid på et nivå som nesten føles litt unødvendig. Men samtidig veldig kult!


Dette og mer kan du lese om i en artikkel på NRK.no, der Harald Hauglin, Norges egen «tidssjef» ved Justervesenet, forklarer det hele. Denne teksten er en forkortet versjon av den artikkelen, krydret med litt ekstra. Vil du vite mer? Sjekk ut NRK: Sekundet skal bli mer presist.


Så igjen til spørsmålet, hva er tid?
Neste gang noen spør hva tid er, kan du svare: «Det er lysets reise, atomets dans og Paris’ regnestykke. Og kanskje snart – thoriumets rytme!»


Men har jeg da svart på hva tid egentlig er? Nei, dessverre.
Det jeg har svart på, er hvordan måler vi tid. Ikke hva det er. For det er det nemlig ingen som helt vet. Matematisk kan tiden både gå forlengs og baklengs uten at det blir feil på matematikken. Og, de fleste er enige om at tiden oppsto i «Big bang». -Fantes det ikke noe tid før det? Tja, ingen vet. Fantes avstand? Eller masse? Eller noe som helst? Ett eller annet sted? Fantes steder?

Svaret på dette, og mye annet, får du i en seinere artikkel. En gang i løpet av de neste 300 milliarder år. Med en feilmargin på maksimalt ett sekund.