La medición del tiempo es la base fundamental para la precisión del Sistema Internacional de Unidades . Por lo tanto, es necesario comprender los fundamentos de la medición del tiempo y comprender la doble necesidad: seguir siendo comprensible y útil para todas las personas, ser lo más preciso posible.
Como para cualquier cantidad fundamental, es necesario poder definir el concepto. Aquí se identificarán tres puntos:
La simultaneidad define experimentalmente lo que significa t1 = t2 (en el sentido de la relación de equivalencia en matemáticas: reflexiva, simétrica y transitiva). En el contexto de la física newtoniana donde las velocidades no están limitadas, esto es posible y permite definir el concepto de eventos simultáneos: se dice que todos los eventos de esta clase de equivalencia tuvieron lugar en la misma fecha.
Para conferir a este concepto el estatuto de cantidad detectable, es necesario poder definir experimentalmente una relación de orden total (reflexiva, antisimétrica y transitiva): se dirá entonces que se puede hablar de fecha posterior a otra.
En estas condiciones, solo queda encontrar una (o más) sucesiones de eventos en los que todos los experimentadores estarán de acuerdo en que son posteriores entre sí. La elección de una escala de tiempo T = f (t) es entonces arbitraria, siempre que f (t) sea creciente: definimos así una escala geológica, histórica, lingüística, cronoquímica, psicológica, ...
Podemos establecer experimentalmente entre dos DURACIONES una relación binaria, denominada suma , que es isomorfa al grupo aditivo de reales: la operación dt1 + dt2 = dt3 debe ser asociativa, tener un elemento neutro y debemos saber explicar qué significa dt1 + dt2 = 0. Por otro lado, lo más frecuente es que sea necesario darle la estructura corporal, y poder validar el axioma de Arquímedes: es decir que n .dt1 puede tener una duración tan larga que queremos tomando n lo suficientemente grande. Esto a menudo se pasa por alto: por ejemplo, pensamos que el tiempo es infinitamente divisible; también pensamos que el tiempo futuro o pasado no tiene horizonte (si no, sabemos qué transformación hacer para eso).
Entonces, podemos definir dt.1 / To, siendo una duración fundamental tomada como unidad.
Estas tres nociones son la base de la noción de magnitud temporal en la ciencia, desde un punto de vista epistemológico; se hizo hincapié en el carácter experimental. Esto solo es importante para poder destacar de las discusiones sobre la elasticidad psicológica o de otro tipo del tiempo.
Una unidad debe, para ser aceptada por todos los hombres, ser:
La uniformidad, la precisión y la estabilidad están vinculadas y requieren una definición científica precisa (cf. la varianza de Allan ).
La rotación de la Tierra se ralentiza inexorablemente: sabemos parcialmente cómo corregirla; pero esto está lejos de la precisión de los relojes atómicos. Lo mismo ocurre con la duración de la revolución de la Tierra alrededor del sol.
La conclusión fue una evolución cautelosa del Sistema Internacional.
El 0 kelvin significa que corregimos el efecto Doppler transversal de segundo orden, al igual que corregimos la influencia de la altitud, debido al cambio de Einstein ( experimento de Pound-Rebka en 1959), y la rotación de la Tierra ( Sagnac- Einstein efecto ).
A partir del TAI , construimos la escala de tiempo de referencia, el UTC .
Un reloj, incluso nuclear, es un instrumento hecho por el hombre . También puede ser muy exacto, pero en intervalos de tiempo cortos, porque puede derivar debido a parámetros mal controlados como la temperatura o la presión. También puede ser ligeramente inexacto, pero muy estable en su inexactitud.
En un país, cada laboratorio con reloj (s) atómico (s) realiza un tiempo atómico TA (k). Generalmente las indicaciones sobre el funcionamiento de los relojes ( varianza de Allan ) de un mismo país se centralizan en un organismo de metrología que establece una TA (país). En Francia , es el LNE-SYRTE del Observatorio de París el responsable de establecer el Tiempo Atómico Francés TA (F).
Estos tiempos se vuelven a agrupar, de acuerdo con el mejor algoritmo posible (primero ALGOS, luego otros después), para hacer el TA Internacional , pero que es utilizado por los metrólogos para identificar las desviaciones de sus relojes y reponderar iterativamente sus promedios.
En la actualidad, el tiempo USNO es el que tiene menor desviación en el tiempo de este promedio que es el TAI, cuya confiabilidad está asegurada por la redundancia. Aproximadamente, la tasa ponderada de 340 relojes en 56 laboratorios de todo el mundo da al TAI una precisión mejor que 10 ^ (- 15) durante 40 días, PERO este es un retraso conocido DESPUÉS de los cálculos de BIPM.
El tiempo terrestre TT es TAI + 32.184s: se realiza a pedido por el BIPM; Representa un suavizado de TAI durante un período más largo, con estándares primarios monitoreados durante al menos un año. Por tanto, es más estable que el TAI, pero obviamente está MUY retrasado. Se utiliza para determinadas mediciones de diez años, como el período de los púlsares. También se utiliza para fechar eclipses antiguos.
Debe saber que, incluso con la precisión actual, el lugar y la hora exactos de un eclipse solar en 100 o 1000 años no se pueden predecir con una precisión mejor que unos pocos segundos. Las circunstancias o la manifestación de este fenómeno en la superficie de la Tierra están relacionadas con la rotación de la Tierra y no se puede predecir su comportamiento con tanta anticipación. Por el contrario, la arqueología de los eclipses antiguos permite reajustar ciertos parámetros en particular para establecer la diferencia entre TU, ligada a la rotación de la tierra, y TT, perfectamente regular por definición. A fortiori, las escalas de tiempo geológico del Neógeno (-25 Myr) acaban de publicarse en 2004 (Gradstein & al, 2004), gracias al trabajo sobre integradores simplécticos de Laskar (escala La2004).
El BIPM transmite, para las aplicaciones, la base de la hora legal , denominada UTC ( Hora universal coordinada ), pero que se establece en la hora UT por razones prácticas: en una fecha específica, anunciada con anticipación, se desplaza en un segundo intercalar (si no lo hicimos, después de un tiempo, ¡nos levantamos a la medianoche y almorzamos a las 5 am!). Desde el31 de diciembre de 2005, UTC: = TAI + 33 s.
Sin embargo, este desfase, incluso decretado con mucha antelación, puede generar fallos, en particular en el ámbito informático o en aplicaciones directamente vinculadas al tiempo. Por eso, por ejemplo, el tiempo natural del sistema GPS no sigue los segundos intercalares. El tiempo del sistema Glonass , que los rastrea, sufrió errores de registro. Nos encontramos , por tanto, hablando de llevar a cabo esta operación sólo de hora en hora, es decir, que la hora siguiente salto sería pospuesta por unos pocos miles de años:. Lo mismo decir que lo que vamos a medir es la ralentización de la basculación terrenal !
La hora del GPS no es la hora legal, aunque es una hora excelente ya que se basa en la hora TA (USNO). De hecho, aunque se corrige para todos los efectos relativistas, queda corregirlo correctamente para las variaciones del índice del troposher, lo cual no es bien conocido. El proyecto Galileo, que transmitirá en dos frecuencias, reducirá un poco esta dificultad, pero que siempre existirá. El proyecto ACES, Atomic Clock Ensemble in Space , tiene como objetivo enviar un reloj aún más preciso , Pharao , a la órbita.
Por otro lado, las transferencias de tiempo no se pueden hacer mejor que 100, o incluso 10ps. De ahí la necesidad de mejorar la electrónica básica, pero a un nivel de 10ps, es muy difícil. La mayoría de los componentes, como los conectores, no están diseñados para esto. Sin embargo, la transferencia de tiempo es cada vez mejor, al menos en laboratorios especializados ( T2L2 , por ejemplo).
En última instancia, la hora UTC se basa en la hora TAI, reajustada por el momento en UT en segundos intercalares: tiene una precisión de menos de 50 ns y una precisión <10 ^ (- 15). Por supuesto, se devuelve a la altitud cero del geoide y tiene en cuenta la rotación de la Tierra (efectos relativistas). [Asimismo, hay un tiempo terrestre geocéntrico y un tiempo terrestre baricéntrico (teniendo en cuenta la luna) y un tiempo heliocéntrico. Obviamente hay un tiempo galáctico].
El progreso en los relojes ópticos de iones atrapados (precisión esperada 10 ^ (- 17)) está por venir; entonces el SI ( Sistema Internacional de Unidades ) optará por un cambio de la unidad de tiempo, en continuidad con la definición actual.