Världsforum beslutar om hur lång en sekund är

– Bakgrunden är att forskare har tagit fram en ny teknologi för att mäta tid. I dagsläget mäts tiden med konventionella atomklockor, men nu har istället mätning med optiska atomklockor tagit över, som faktiskt är ungefär 100 gånger bättre. Då är det ju angeläget att vi istället tillämpar optisk tidmätning, säger Tobias Kampmann, handläggare på Vinnova och en av Sveriges representanter tillsammans med RISE (Sveriges Tekniska Forskningsinstitut) under konferensen i Paris. 

Så här ser den optiska atomklockan ut som ska styra hur lång den nya sekunden är.

 
Hur exakt är den optiska tidsmätningen?

– Tänk dig att du satte i gång två optiska atomklockor för att mäta tiden i samband med Big Bang för 14 miljarder år sedan. De skulle idag visa samma tid med en tiondels sekunds skillnad. Som jämförelse skulle en konventionell atomklocka skilja sig upp till tio sekunder och en vanlig kvartsklocka upp till 80 000 år från den optiska atomklockan.

Vad innebär det rent konkret för oss alla med en ny slags tidmätning?

– Ett exempel på en vanlig tillämpning är om du använder GPS när du kör bil. Då bedöms avstånden med hjälp av fyra satelliter och den tid det tar för signalerna från satelliterna att komma fram till din mobil. Om alla fyra satelliter är försedda med bättre atomklockor får vi helt enkelt ett bättre mätresultat. En annan tillämpning är hur vi med hjälp av satelliter mäter havsnivån och hur de stora glaciärerna smälter, vilket är viktigt för att bedöma hur miljontals människor påverkas av stigande havsnivåer och vilka åtgärder det behövs för att skydda människor från extrema väderfenomen.

När börjar optisk tidmätning att gälla?

– Med beslutet som fattats nu har medlemsländerna i CGPM kommit överens om att det nuvarande sättet att definiera tiden inte räcker till. Resolutionen är bara startskottet på en process som ska följas upp 2026 och sen avslutas med en förväntad ny definition av sekunden 2030. 

Vilken roll har Sverige och Vinnova i besluten om tid och måttenheter?

– Det är en grundläggande förutsättning för forskning och innovationssystem över hela världen att vi har ett internationellt, enhetligt och fungerande system för mått och enheter. Det är också av högsta vikt att beslut fattas med konsensus av alla de länderna som deltar. Vinnova och RISE säkerställer via finansierade projekt att Sverige bidrar till ett fungerande samarbete inom CGPM.

Vinnova finansierar Sveriges Tekniska Forskningsinstituts “Riksmätplatser för mätstorheter”. Dessa har i uppdrag från regeringen att föra vidare spårbarhet av mätstorheterna och måttenheter till industri och samhälle och säkerställa kalibrering av mätinstrument.

Det antogs även en ny resolution gällande den så kallade “skottsekunden”. Vad innebär det?

– Tiden som vi använder i vår vardag heter UTC (Coordinated Universal Time), som baseras på tiden som atomklockorna visar (internationella atomtiden, TAI) men som korrigeras enligt en annan tid, UT1, som utgår från jordens rotationshastighet. Eftersom det var Big Bang som gav fart åt jordens rotation har det med tiden också inneburit att jordens rotationstid blivit långsammare, vilket gör vårt dygn längre. För 3,5 miljarder år sedan när första liv bildades på jorden var dygnet faktiskt endast 12 timmar lång. Det här bryr sig ju inte en atomklocka om, så därför har vi behövt korrigera dygnet genom att lägga på en sekund i UTC ungefär var artonde månad för att behålla vårt 24-timmars dygn. Men jorden är lite flexibel och under senare år har den faktiskt roterat lite snabbare igen. Då vill man ta bort den nuvarande korrigeringen med “skottsekund” och i det nya beslutet som fattats vid konferensen ska vi istället börja planera för en ny hantering och ersätta med ett system där man summerar ihop sekunderna och ställer om klockan över längre tidsperioder i stället.

Vad kan tidskorrigering som det görs nu få för konsekvenser?

– Att korrigera tiden innebär varje gång en jättestor risk, då alla digitalsystem baseras på UTC-tid. Om något blir fel och tiden inte mäts enhetligt kan hela samhällsrelevanta system slås ut, som energisystem, telekommunikationssystem och så vidare. Vi skulle inte kunna ha ett gemensamt banksystem i världen om vi inte hade enhetlig tid. Beslutet som har fattats nu innebär att vi är överens om att nuvarande metod att korrigera tiden inte är bra nog och till och med är farlig för mänskligheten och att vi ska komma fram till en lösning till 2026 med förhoppning om ett införande senast 2035.

Det togs också beslut om nya prefix för mått, så kallade SI-prefix. Varför behövs det fler?

– När vi beskriver till exempel längd så utgår vi från metern och sätter prefix framför för att beskriva storleken. Kilometer är 1000 meter och millimeter är en tusendels meter och så vidare. För att kunna göra forskningen mer förståelig för samhället behöver vi nu prefix som beskriver både större och mindre storlekar än vi tidigare haft namn för.

Vad heter de nya prefixen?

– Där har vi nu ronna (R) och quetta (Q), där ronna motsvarar 10^27 och quetta är 10^30, och där tiopotensen är negativ finns nu ronto (r) och quecto (q), där ronto är 10^−27 och quecto är 10^−30..

Jan Johansson är föreståndare för RISE NMI och Riksmätplatser och även han representant för Sverige under konferensen. Han konstaterar att kraven på kvalitetssäkrad mätteknik ökar i allt snabbare takt.

– Vi lever i en allt mer automatiserad och digital värld där marginalerna blir allt mindre. Gällande tid och frekvens behöver vi till vardags kunna komma överens på pikosekundsnivå (ps). Sitter du i en självkörande bil måste även grannens bil ha samma uppfattning om tid, annars kan det bli krock. Och har du ett litet synkroniseringsfel i ett energisystem i ett europeiskt land kan det innebära stora följdverkningar för Sverige.

Än så länge är det få, om ens några områden, där de nya prefixen kan användas, konstaterar han. Men om bara några år ser det annorlunda ut.

– Vi behöver ligga ungefär tio år i förväg, för rätt som det är har industrin de här behoven, till exempel inom Big Data. Gällande redovisning av datamängder, frekvens och elektrisk energi pratar vi i vardagen redan om Terabyte (TB), Terahertz (THz) respektive Terawattimmar (TWh). Här lär vi snart behöva använda prefixet Peta allt oftare i vardagen. Inom grundforskning är man redan och nosar på alla de sedan tidigare definierade prefixen. Vi kanske klarar oss med det som funnits i fem år till, men utvecklingen sker snabbt.

Fakta om internationella måttsystemet

1875 slöts internationella fördraget Meterkonventionen som la grunden till det internationella måttsystemet. Allmänna konferensen för mått och vikt, CGPM (Conférence générale des poids et mesures) är Meterkonventionens högsta beslutande organ och sammanträder var fjärde till sjätte år i Paris. Nästan alla världens länder har antagit det internationella måttenhetssystemet, SI, som internationell standard för måttenheter. Sverige är fullvärdig medlem sedan 1875.

.