Tid og rum
-en meter lys!
Allerede de gamle ægyptere havde brug for at måle udstrækningen af et
liniestykke og måle det med en anerkendt fælles standart, dels i handelen med
metervarer f.eks. den store eksportartikel bomuldsstof og beskatningen heraf,
men enhedsmålet er især velkendt i arkitekturen, ikke mindst i forbindelse med
bygningen af de store pyramider, hvor matematikken og nøjagtigheden var
afgørende for det vellykkede resultat.
Med de europæiske opdagelsesrejser og kolonistyret blev det nødvendigt for
kolonimagterne at kunne udregne skibenes position på en mere nøjagtig måde end
blot ved at anvende stjernerne, som vikingerne givetvis gjorde det mere end 500
år før. Men i de arabiske lande påbegynder man allerede ved islams indførelse en
afprøvende geografisk videnskab og beregner mål for klodens udstrækning og det
er samme metode der anvendes af de franske videnskabsmænd under revolutionen i
Frankrig, da de får til opgave at beregne kloden vhja. opmålte afstande, for her
igennem at kunne fastlægge et globalt standardmål i form af den nye meter, som
vi i dag har indført.
Allerede de gamle ægyptere havde fastlagt noget der førte til begrebet alen (fra
albue) idet en cubit var udledt af underarmens længde til albuen. Den var ca.
52½ cm og skrives som en stiliseret underarm. For at få yderligere underdeling
brugte man så følgeligt fod og tomme fra tommelfingeren.
Allerede de gamle sumerere inddelte for tusinder af år siden døgnet i 24 timer
og underdelte med 60 i form af minutter og sekunder, som også anvendes i
graddelingen af jordens omkreds. I 1500-tallet opstod ideen om at bruge pendulet
som målestok for tiden og i 1656 havde man klokkeværker med en nøjagtighed på 1
minut pr. døgn.
Det var Tyge Brahes astronomiske observationer og interessen for
Jupiters måner der førte til opdagelsen af lysets hastighed. Tyge Brahes
målinger var gjort på øen Hven i Øresund, men man havde brug for at omsætte dem
til Paris tid.
Allerede i 1618 foreslog Galilei kong Philip 3. af Spanien at anvende månerne
til længdegradsbestemmelse og i 1671 kom den franske astronom Picard til Danmark
for at bestemme længdegraden for Tychos observatorium.
Når Jupitermånen forsvandt i Jupiters skygge kunne tidsforskellen for
observationen omsættes til forskellen i længdegrader og Ole Rømer, der også
arbejdede med termometrets standardisering, bistod hermed så da Picard i 1672
vendte tilbage til Paris fulgte Ole Rømer med.
Den franske astronom Cassini havde lavet en række observationer og da Rømer
analyserede disse fandt han et problem. Forskelle i afstande gav andre tider.
Tiderne passede ikke nøjagtigt, og tiden kan jo ikke sådan lige flyttes, altså
måtte lyset tøve og have en hastighed eller tilbageholdenhed, der kunne
bestemmes, hvilket han gjorde med overraskende nøjagtighed.
I 1675 brugte italieneren Burattini udtrykket "meter" om sekundpendulets længde,
men da pendulets (sekund-)længde er 0,06% kortere i Paris er pendulet altså
afhængigt af breddegraden (pga. tyngdens acceleration), hvorfor man valgte 45
grader nord som pendulsekund, men pendulet skal jo stå fast i forhold til
tyngdefeltet, så det er ubrugeligt på et skib i søgang, hvad der var hele
formålet i sidste ende. Den engelske tømrer Harrison opnåede så i 1776 efter
mange prøvelser og stor modstand fra astronomerne, at kunne præsentere et ur der
kunne bruges på et skib.
I 1790 foreslog Talleyrand en fælles længdeenhed for den franske
nationalforsamling og det førte til tanken om at bruge jordens mål som målestok,
mens andre arbejdede videre med tanken om at bruge sekundpendulets længde, som
noget alle kunne udmåle med et ur. Var meteren for lang blev svingningstiden for
lang og målet måtte justeres kortere, et korrigeringsprincip der så at sige
anvendes i dag med atomuret
I 1798 havde man udmålt en afstand mellem 2 punkter (Dunkerque og Barcelona) og
ud fra breddegraderne her kunne man beregne afstanden fra nordpolen til ækvator
og man definere de så meteren til 1/10 million del heraf og fik noget, der lå
meget nær sekundpendulets meter. Man lavede en platinstang med længden angivet
og den blev opbevaret i nationalarkivet til kontrolmåling. Først i 1875
tilsluttede Danmark sig meterkonventionen.
I dag er vi gået bort fra anvendelsen af astronomien som tidsbestemmelse da det
ikke er særlig nøjagtigt for moderne tidsbestemmelse. I dag er det (igen)
princippet fra Huygens patenterede "haagerske" pendulur der bruges
samt triangulering af satellitsignaler (GPS). Man har på den 17.
generalkonference for mål og vægt i 1983 defineret lysets hastighed til 299 792
458 mtr./sek., hvorved det tilbagelægger 1 mtr. på 1/299 792 458 sek.
Ved GPS måling er jordkvadranten nu målt til 10 002 290 mtr. således at den
franske platinstandart bliver 0,2 mm for kort.
krystallen
Med opdagelsen af resonansen i et kvartskrystal og det
piezoelektriske felt, der ved anslag svinger op til 10 mio. gange i sekundet og
kan forstærkes fik man ideen til et mere nøjagtigt og detaljeret ur end
pendulsekundet, så man i 1938 var nede på en unøjagtighed på 1 sek./3 år hvad
der gjorde klart at jordens rotation er unøjagtig som måleenhed.
Kvartskrystallen er afhængig af tryk og temperatur, så med cæsiumatomets
frekvens på 9,2 GHz mellem laveste energiniveauer altså ca. 10 mia. svingninger
pr. sek. kombineret med den radarteknik som blev udviklet under den 2.
verdenskrig blev verdens første cæsiumur sat i gang i 1955 på National Physical
Laboratory i England.
I dag har man opnået en nøjagtighed på 1 sek./30 mio. år og denne tidsmåling
betegnes TAI (den internationale atomtid). Da jordrotationen bliver langsommere
pga. tidevandet, må der indskydes skudsekunder for at holde tiden fast i forhold
til dag og nat. Denne tid betegnes UTC for universel koordineret tid og det er
den vi bruger. I Danmark holder vi tiden i forhold til standarten med en
iod-stabiliseret helium-neon laser med bølgelængde på 632,9999139822 nm der
findes på Dansk Fundamental Metrologi på Danmarks Tekniske Universitet. måleenheder