Một giây được định nghĩa bằng nguyên tử ra sao?
Khoa học tự nhiên 6 – phần Vật lý • Khám phá mở rộng
Một giây được xác định từ 9.192.631.770 chu kỳ của bức xạ ứng với một chuyển mức năng lượng xác định của nguyên tử cesium-133. Đây là một nhịp tham chiếu tự nhiên, không phải số vòng quay của kim hay số lần nguyên tử bay qua lại trong hộp.
Vì sao cần một nhịp tham chiếu?
Đồng hồ đo khoảng thời gian giữa các sự kiện bằng một quá trình lặp lại: con lắc đung đưa, tinh thể thạch anh dao động hoặc tín hiệu điện tử biến đổi. Muốn các đồng hồ cùng đo một giây, chúng phải có điểm tựa chung về nhịp.
Nguyên tử cesium đáp ứng mạnh với vi sóng ở một tần số rất xác định. Trong đồng hồ nguyên tử, thiết bị điều chỉnh tín hiệu vi sóng và quan sát phản ứng của các nguyên tử để giữ tín hiệu gần tần số tham chiếu. Mạch điện tử đếm chu kỳ của tín hiệu đó. [1]
Chuyển mức năng lượng là sự thay đổi trạng thái của nguyên tử. Không nên hình dung một nguyên tử nhỏ có kim đồng hồ hoặc cần phải chuyển trạng thái hơn chín tỷ lần liên tiếp để “làm ra” mỗi giây. Nhịp được đếm là nhịp của bức xạ tham chiếu.
Một định nghĩa không làm mọi đồng hồ giống nhau
Hai chiếc đồng hồ treo tường vẫn có thể lệch nhau vì nhiệt độ, linh kiện hoặc cách điều chỉnh. Chúng không tự trở thành đồng hồ nguyên tử chỉ vì cùng hiển thị giây. Có thể hình dung một dàn nhạc có chung nhịp chuẩn nhưng từng nhạc công vẫn phải giữ đúng nhịp.
Các chuẩn nguyên tử cũng cần kiểm soát ảnh hưởng của môi trường tới phép đo. Khi nói đến tần số trong định nghĩa, ta nói đến chuyển mức được quy định trong điều kiện chuẩn, không phải bất cứ tín hiệu cesium nào đo được cũng chính xác tuyệt đối. [2]
“Nguyên tử” ở đây không đồng nghĩa với “năng lượng hạt nhân” hay một lò phản ứng. Đồng hồ dùng sự tương tác giữa nguyên tử và bức xạ để tạo tham chiếu thời gian.
Ở lớp 6, em vẫn dùng đồng hồ phù hợp và đọc khoảng thời gian giữa các mốc. Phần khám phá này giúp hiểu vì sao các phép đo rất xa nhau có thể chia sẻ cùng một đơn vị giây.
Kết nối với bài học
Bài học nền tảng: Đo thời gian.
Đọc thêm: Biên độ chu kì tần số của dao động phân biệt ra sao.
Chương trình Khoa học tự nhiên 6 – phần Vật lý · Trợ lý AI Ước Mơ Lớn.