Giờ thế giới (UTC) là gì? và cách thức mà nó hoạt động

 Bạn đã bao giờ tự hỏi đồng hồ thế giới hoạt động như thế nào để giữ cho mọi người đồng bộ? Chúng ta sống ở các múi giờ khác nhau, nhưng từ New York đến Melbourne, một giây luôn là một giây. Đó là bởi vì mọi người đặt đồng hồ địa phương của họ bằng cách sử dụng một tiêu chuẩn được quốc tế thống nhất gọi là giờ phối hợp quốc tế, còn được gọi là UTC.

Giờ thế giới(UTC) là gì?

UTC được định nghĩa bởi một cơ quan của Liên hợp quốc được gọi là Liên minh Viễn thông Quốc tế (https://www.itu.int/en/Pages/default.aspx). Nó dựa trên hai phép đo: tích tắc của hàng trăm đồng hồ nguyên tử siêu ổn định (Giờ nguyên tử quốc tế) và chuyển động quay của Trái đất (Giờ quốc tế). Các quốc gia trên toàn thế giới đặt giờ địa phương của họ bằng cách thêm hoặc bớt từ UTC tùy thuộc vào vị trí của họ trên thế giới.

Có 24 múi giờ trên khắp thế giới (ảnh: Getty Images)

UTC, hay đồng hồ thế giới, đã xuất hiện từ ngày đầu tiên của những năm 1960, ngay sau khi Louis Essen chế tạo chiếc đồng hồ nguyên tử đầu tiên. Chiếc đồng hồ chính xác này hứa hẹn sẽ giải quyết vấn đề hàng thế kỷ về việc kim giây chạy quá nhanh hoặc quá chậm.

Trước những năm 1950, những chiếc đồng hồ chính xác nhất sử dụng tinh thể thạch anh rung để giữ thời gian, nhưng giây sẽ trôi theo hàng ngày. Sáng chế của Essen đã sử dụng các đặc tính lượng tử của nguyên tử xêzi để giữ cho các tinh thể đồng bộ.

Giờ đây, hơn 400 đồng hồ nguyên tử cực kỳ ổn định theo dõi thời gian trên thế giới. Mỗi chiếc truyền một tín hiệu đến Văn phòng Trọng lượng và Đo lường Quốc tế ở Pháp. Cục so sánh chúng mỗi tháng một lần để đưa ra con số cuối cùng được gọi là Giờ nguyên tử quốc tế (TIA) (https://www.timeanddate.com/time/international-atomic-time.html). Mỗi đồng hồ có một trọng số khác nhau trong tính toán tùy thuộc vào mức độ ổn định của nó.

Cách mà thời gian nguyên tử và giờ thế giới tính chính xác thời gian

Thời gian nguyên tử chính xác đến nỗi bản thân Trái đất cũng không thể theo kịp. Về lý thuyết, cứ 24 giờ hành tinh của chúng ta quay trên trục của nó một lần. Nhưng trên thực tế, vòng quay của Trái đất hơi không đều. Nó dao động từ ngày này sang ngày khác, và dần dần chậm lại.

Sự bất thường trong vòng quay của Trái đất có nghĩa là Giờ nguyên tử quốc tế đang chạy nhanh 37 giây. Nếu chúng ta đặt đồng hồ bằng nó, chúng ta sẽ sớm thức dậy để ăn sáng vào nửa đêm.

Để giải thích cho sự biến đổi tự nhiên này, đồng hồ thế giới cũng tính đến chuyển động quay của Trái đất. Dịch vụ Hệ thống Tham chiếu và Quay Trái đất Quốc tế đo thời gian Trái đất, được gọi là Giờ Quốc tế, bằng cách xem các ngôi sao chạy đua trong quá khứ khi hành tinh quay. Sau đó, họ kết hợp điều này với Giờ nguyên tử quốc tế để có được con số cuối cùng cho Giờ phối hợp quốc tế.

Để ngăn các đồng hồ nguyên tử tự bỏ chạy khi Trái đất quay chậm lại, IERS cố gắng giữ Giờ Phối hợp Quốc tế và Giờ Quốc tế cách nhau 0,9 giây. Điều này liên quan đến việc thực hiện các điều chỉnh thường xuyên được gọi là 'giây nhuận'.

Lần thứ hai nhảy vọt đầu tiên được thêm vào năm 1972, và đã có thêm 26 lần nữa kể từ đó. Một số năm có nhiều hơn một, một số năm không có gì cả. Vào năm 2020, vòng quay của Trái đất thực sự tăng nhanh, khiến mọi người tự hỏi liệu lần đầu tiên chúng ta có cần loại bỏ một giây nhuận hay không.

Con người đã đo thời gian trong hàng chục nghìn năm. Kể từ buổi bình minh của loài người, chúng ta đã sử dụng vòng quay của Trái đất để theo dõi ngày, đầu tiên bằng mắt, và sau đó là đồng hồ mặt trời. Thử thách lớn nhất của chúng ta khi bắt đầu là có thể cho biết thời gian trong bóng tối, đặc biệt là ở độ sâu của mùa đông khi ngày ngắn ngủi. Các giải pháp bao gồm đo dòng chảy của cát hoặc nước, hoặc theo dõi chiều dài của một ngọn nến đang cháy.

Những chiếc đồng hồ cơ học đầu tiên đã không xuất hiện cho đến thời kỳ Phục hưng. Họ sử dụng trọng lượng để di chuyển bánh xe đánh vào chuông để chỉ giờ. Sau đó, các nhà phát minh đã thay thế trọng lực bằng lò xo và bánh xe quay bằng những con lắc lắc lư. Cuối cùng, vào thế kỷ 20, những chiếc đồng hồ thạch anh đầu tiên đã được phát minh, mở đường cho thời gian nguyên tử.

Đồng hồ sử dụng bộ dao động để giữ thời gian. Các thiết bị này có hoạt động tuần hoàn, lắc lư qua lại theo một nhịp điệu đều đặn, giống như một con lắc. Đu dây càng nhanh, đồng hồ càng chính xác.

Bộ dao động đồng hồ phổ biến nhất là một tinh thể thạch anh. Nó rung động hàng nghìn lần một giây, tạo ra một làn sóng đá lên và xuống theo một mô hình có thể đoán trước được. Vấn đề là, nó không hoàn toàn ổn định.

Các nhiệm vụ quan trọng về thời gian, như di chuyển tàu vũ trụ, yêu cầu đồng hồ có thể đo thời gian đến phần tỷ giây. Đồng hồ thạch anh không thể cung cấp mức độ chính xác đó.

Để giải quyết vấn đề này, các nhà vật lý đã khóa các tinh thể thạch anh vào sự cộng hưởng tự nhiên của các nguyên tử (mở trong tab mới). Khi tiếp xúc với các tần số chính xác, các nguyên tử thay đổi trạng thái năng lượng của chúng. Việc phát hiện những thay đổi này giúp bạn có thể theo dõi sự rung động của các tinh thể thạch anh. Vì vậy, khi đồng hồ thạch anh bị trôi theo thời gian, và chúng ta có thể chỉnh sửa ngay lập tức.