Soniya. Termodinamik harorat birligi – Kelvin

Quyidagi 12 ta davlat va Iqtisodiy ittifoqlar O’TXQ ning hamkorlari hisoblanadi: Belarus, Karib dengizi havzasi iqtisodiy ittifoqi, Xitoy Taypeti, Kosta-Rika, Xorvatiya, Kuba, Ekvador, Estoniya, Gonk-Kong, Yamayka, Qozog’iston, Keniya, Latviya, Litva, Malta, Panama, Fillipin, Sloveniya, Ukraina, Vetnam.
Soniya.
SI ning asosiy birliklaridan yana biri bu – soniyadir. Uning amaldagi ta’rifi 1967 yilda qabul qilingan bo‘lib, unga ko‘ra, soniya – Seziy-133 atomining ikkita o‘ta nozik sathlari orasidagi bir-biriga o‘tishiga muvofiq keladigan yorug‘lik nurlanishining 9 192 631 770 davriga teng ekanligi belgilangan. Seziy-133 atomining o‘ta nozik sathlari orasidagi kvant o‘tishi deganda, asosiy holat S_1/2² uchun, F=4, m_F = 0 ‒ F=3, m_F = 0 qo‘zg‘almas o‘tish nazarda tutiladi.
Shuni ta’kidlash kerakki, vaqt birligining mazkur ta’rifi, huddi metrniki kabi, uzoq yillar davomida, turli variantlardagi aniqlash va ta’riflash usullariing murakkab evolyutsion bosqichlardan o‘tib kelishi natijasida shakllangandir. Vaqtning o‘lchov birligini aniqlash, uzunlik va masofa o‘lchov birliklarini aniqlashga nisbatan birmuncha murakkabliklarga ega, chunki, metr va kilogrammlar uchun bir marotaba mukammal etalon tayyorlab olib, uni ishonchli joyda saqlash va zaruriyat bo‘lganda, undan namunalar olish mumkin. Biroq vaqt esa, doimiy harakatda bo‘lib, uning o‘lchov birligini aniqlashda, nisbiy solishtirish ishlarini bajarish kerak bo‘ladi.
Soniyaning hozirgi amaldagi ta’rifidan avvalroq, ko‘p zamonlar davomida, Yerning o‘z o‘qi atrofida aylanishi davriyligiga asoslangan ta’rifi qo‘llanilar edi. Unga ko‘ra, soniya – o‘rtacha quyosh sutkasining 1/86400 qismiga teng deb kelinar edi. Keyinchalik, Yerning Quyosh atrofida aylanishi, nodavriy tebranishlar bilan sodir bo‘lishi tufayli, o‘rtacha Quyosh sutkasining davomiyligining aniqlashdagi xatolik ko‘rsatkichi 10^‒7ekanligi isbotlandi. Bu esa, metrologik o‘lchashlar uchun anchayin jiddiy xatolik bo‘lib, unga ko‘ra soniyaning ta’rifini Yerning o‘z o‘qi atrofidagi harakatiga emas, balki, boshqa bir yangi tabiiy etalonini aniqlashga ilmiy ehtiyoj paydo bo‘ldi. Shu munosabat bilan, 1960 yildagi 11-O‘TXQ tomonidan, 1956 yilda tavsiya etilgan efemerida soniyasi nomli ta’rifi e’lon qilingan edi. Unga ko‘ra bir soniya, tropik yil davomiyligiinng 1/31556925.9747 qismiga teng deb belgilangdi. Bu esa, soniyaning avvalgi, ya’ni, Yerning o‘z o‘qi atrofidagi aylanish davriga asoslangan ta’rifidagidan ko‘ra, deyarli 1000 barobar kattaroq aniqlikdagi ta’rifini keltirib chiqarish imkonini berdi. Tropik yil deganda esa, bir bahorgi tengkunlikdan keyingisigacha bo‘lgan muddatda o‘tgan o‘rtacha quyosh sutkalarining yig‘indisi tushuniladi.

Lyuis Essen

Seziy atomlarining tebranishlari sonini qayd qilib borish orqali, soniya aniqlanadi.

Efemerida soniyasining aniqlanishi va ta’rifi ham amalda ko‘plab noqulayliklar va murakkabliklarga sabab bo‘lar edi. Chunki, tropik yilning davomiyligi, roppa-rosa 365 kun bo‘lmay, balki, 365 sutka va taxminan 0.25 kundan iboratdir. Shu sababli ham, amaldagi Grigorian taqvimida, har to‘rt yilda bir marta kabisa yili keladi. Shuningdek, qoidaga ko‘ra[1], asr boshidagi ba’zi yillar, kabisa yili bo‘lmasligi ham mumkin. Ya’ni, tropik yilning davomiyligi, hisob-kitoblarga ko‘ra, o‘ta aniq takrorlanadigan bo‘lib chiqmadi. To‘g‘riroq aytganda, tropik yilning aniqlash darajasi ham jiddiy xatoliklar bilan qayd etilar edi. Shu sababli ham, o‘z vaqtida 1972 yil uchun 2 soniya qo‘shib qo‘yishga majbur bo‘lishgan, 1973 va 1974 yillarning 1 yanvar sanalari ham 1 soniyadan qo‘shimcha «sovg‘a»ga ega bo‘lishgan. Yuqoridagilarni inobatga olib, vaqt birligi soniyani aniqlashda, yanada kattaroq aniqlik darajasiga egan bo‘lgan usul – atom soatlariga tayanishga qaror qilindi va Seziy-133 atomi asosidagi ta’rif qabul qilindi. Mazkur usulning asoschisi ingliz olimi Lyuis Essen (1908-1997) bo‘lib, u Teddington sharida joylashgan Buyuk Bitaniya Milliy Fizika Labotatoriasida faoliyat yuritgan. Uning ixtiro qilgan atom soatlari, Seziy atomlarining tabiiy tebranishlariga asoslangan edi. G‘oya, alohida atomlaring tebranish davrlarini aniqlashga suyanar edi. O‘xshash loyiha, AQSH Harbiy Dengiz kuchlari laboratoriyasida ish olib borgan Uilyam Markovitsda ham bo‘lgan. Pentagondan yaxshigina ta’minotga ega bo‘lgan Markovitsdan farqli ravishda, moliyalashtirish nuqtai nazaridan ancha qiyinchiliklar bilan ish olib borgan Essenning dastlabki amaliy tajriba-sinovi, laboratoriyaning katta qismini yaroqsiz holatga keltirgan portlash bilan yakunlangan. Biroq bu, «irkit o‘rdakcha» haqidagi mashhur ertakning amaldagi real misoli tarzida bo‘lib, har qanday to‘siq va qiyinchiliklarga qaramay, aynan Lyuis Essen tarixda ilk bora atom soatlarini yasashga muvaffaq bo‘ladi. U «Seziy-1» deb nomlangan. Essenning «Seziy-1» atom soati, har 30 yilda atiga 1 soniyadan ortmaydigan xatolik ko‘rsatkichiga ega edi. Essenning fan oldidagi ulkan xizmatlari evaziga, soniya endilikda, tabiatan o‘zgaruvchan bo‘lgan, sayyoramizning astronomik harakatlariga emas, balki, butun olam aro o‘zgarmas va doimiy fundamanetal harakat bo‘lgan – Seziy atomining to‘xtovsiz tebranishlariga tayanib aniqlanadigan bo‘ldi.

CsF2 – atom soati. Britaniya Milliy Fizikla Laboratoriyasi Teddington. Angliya. ©Marcus du Sautoy

Essen atom soatining zamonaviy modifikatsiyalaridan biri, aynan u ishlagan laboratoriyada joylashgan CsF2 atom soatlari bo‘lib, u quyidagi tamoyil asosida ishlaydi: avvaliga lazer yordamida Seziy atomlarining harakati sekinlashtiriladi va Seziy buluti hosil qilinadi. Tashqi ko‘rinishidan mutlaqo soatga o‘xshamaydigan ulkan laboratoriya qurilmasida, Seziy buluti maxsus mikroto‘liqnli konteynerdan o‘tkaziladi. Og‘irlik kuchi ta’sirida pastga tushayotgan Seziy atomlari, mikroto‘lqinlararo o‘tib boradi. Bir energetik darajadan ikkinchisiga o‘tish vaqtida Seziy atomlari ma’lum bir aniq chastota bo‘yicha tebradani va aynan shu chastota, vaqtni hisoblash uchun sanoq birligi, ya’ni, soniya sifatida qo‘llanadi. Bunday tebranish davriyligi, Seziy atomining faqat o‘zigagina xos bo‘lgan alohida xususiyati bo‘lib, yuqorida aytilganidek, uning qiymati, butun olamda universial va doimiydir. Ya’ni, har bir Seziy atomi, koinotning istalgan joyida, soniyasiga bir xil ravishda tebranadi. Bu tamoyilga asoslanib tayyorlangan CsF2 atom soatining xatolik darajasini 138 million yilda bir soniyaga adashadigan darajaga keltirdi. Bunday katta aniqlik darajasi haqida, ajdodlarimiz tasavvur ham qilishmagan bo‘lishsa kerak...
Essen g‘oyasining tarixi shu bilan tugab qolmadi. Uning asosida olimlar boshqa bir asosiy birlik – metrga qayta murojaat qildilar va uning aniqlanishi va ta’rifini ham, soniyaning
atom tebranishlariga asoslangan ta’rifi asosida ko‘rib chiqishni maqsad qildilar: 1983 yilda, dunyoning ko‘zga ko‘ringan bir necha laboratoriyalarining hamkorlikda olib borilgan yirik xalqaro loyiha asosida, olimlar, tarixda ilk bora, atom soatlari yordamida yorug‘lik tezligining misli ko‘rinmagan aniqlikdagi qiymatini o‘lchashga muvaffaq bo‘ldilar. Uning asosida esa, metrning mutlaqo yangi ‒ yorug‘likning soniyaning kichik bir ulushi davomida bosib o‘tadigan yo‘liga asoslangan ta’rifi qabul qilindi. Shu tarzda, vaqt va uzunlik o‘zaro chambarchas bog‘liqlikka ega bo‘ldilar...
Ma’lumot o‘rnida shuni ta’kidlab o‘tish joizki, SI da qabul qilingan vaqt birligi soniya, vaqtning insoniyat faoliyati va ongiga singib ketgan boshqa an’anaviy va qadimiy birliklari – daqiqa, kun, hafta, oy, yil, asr kabilar ichida, o‘nli kasr shaklida, yuzlik birliklari bilan ifodalanishi mumkin bo‘lgan yagona vakilidir. Sport musobaqalarida e’tibor bergan bo‘lsangiz, marra hamda, foto-finishlarda, soniyaning yuzdan va xatto mingdan bir ulushlari haqida bahs boradi.
Soniya haqidagi so‘zimizni, uning xalqaro atamasi «sekunda» so‘zining etimologiyasi bilan yakunlaymiz. Sekunda, vaqt o‘lchov birligi sifatida ingliz tilida XVI asr so‘ngida keng tarqalgan. U, soatning 60 daqiqaga bo‘linishini birinchi bo‘linish deb olingach, daqiqaning o‘zini ham 60 soniyaga bo‘linishini ikkinchi bo‘linish deb olinishidan kelib chiqqan. Ingliz tilida ikkinchi so‘zining tarjimasi second ekanligi maktab ingliz tili kursidanoq hammamizga ma’lum. Shunday qilib, ingliz tilidagi ikkinchi yoki, ikkilamchi ma’nosidagi sekund, hamda, vaqt birligi ma’nosidagi sekund aslida bitta so‘z bo‘lib chiqmoqda. Sekundaning o‘zi ham ingliz tiliga lotin tilidagi «secunda» so‘zidan kirib kelgan bo‘lib, o‘z ilmiy asarlarini lotin tilida yozgan Rojer Bekon, Tixo Brage va Iogann Kepler singari, o‘rta asrlarning nufuzli olimlari asarlarida ham aynan soatni ikkinchi marta ulushlarga bo‘linishi ma’nosida qo‘llanilgan.
Termodinamik harorat birligi – Kelvin.

Termodinamik haroratning ta’rifi 10-O‘TXK (1954 yil, Rezolyutsiya 3; CR 79) tomonidan tasdiqlangan bo‘lib, fundamental qiymat sifatida suvning uchlanma nuqtasi termodinamik haroratining 1/273.16 qismiga teng deb aniqlangan. 13-O‘TXK (1967/68, Rezolyutsiya 3; CR 104 va Metrologia1968, 4, 43) «Kelvin gradusi» atamasi va °K belgisi o‘rniga, Kelvin va K belgisidan foydalanishni joriy etdi va Termodinamik harorat ta’rifini quyidagicha qilib belgiladi. (1967/68, Rezolyutsiya 3; CR 104 va Metrologia 1968, 4, 43).